Elementos de refração leves, leis e experimentos

O refração leve É o fenômeno óptico que ocorre quando a luz afeta obliquamente a superfície de separação de dois meios com uma taxa de refração diferente. Quando isso acontece, a luz muda sua direção e sua velocidade.

A refração ocorre, por exemplo, quando a luz passa do ar para a água, pois possui um menor índice de refração. É um fenômeno que pode ser perfeitamente visto na piscina, observando como o corpo se forma sob a água parece se desviar em relação à direção que eles deveriam ter.

Atoma [CC por 2.5 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/2.5)]

É um fenômeno que afeta diferentes tipos de ondas, embora o caso da luz seja o mais representativo e o que tem mais presença no nosso dia a dia.

A explicação para a refração da luz foi oferecida pelo físico holandês Willebrord Snell Van Royen, que estabeleceu uma lei para explicar que se tornou conhecida como Snell Law.

Outro dos cientistas que prestaram atenção especial à refração da luz foi Isaac Newton. Estudá -lo, criou o famoso prisma de vidro. No prisma, a luz a penetra através de um de seus rostos, refratando e decompando nas diferentes cores. Assim, através do fenômeno de refração leve, provou que a luz branca é composta por todas as cores do arco -íris.

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Elementos de refração

Os principais elementos que devem ser considerados no estudo da refração leve são os seguintes: -O raio incidente, que é o raio que afeta obliquamente a superfície de separação dos dois meios físicos. -O raio refrativo, que é o raio que atravessa o meio, modificando sua direção e velocidade. -A linha normal, que é a linha imaginária perpendicular à superfície de separação dos dois meios. -O ângulo de incidência (i), que é definido como o ângulo que forma o feixe incidente com o normal. -O ângulo de refração (r), que é definido como o ângulo que forma o normal com o raio refratado.

-Além disso, também deve ser considerado o índice de refração (n) de um meio, que é a proporção da velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio.

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N = c/v

Nesse sentido, deve -se lembrar que a velocidade da luz no vácuo leva o valor de 300.000.000 m/s.

Índice de refração leve em diferentes mídias

Os índices de refração leve em alguns dos meios mais comuns são:

Leis de refração

É frequentemente referida à lei de Snell como a lei da refração, mas a verdade é que pode -se dizer que as leis da refração são duas.

Primeira Lei de Refração

O raio incidente, o raio refrativo e normal está no mesmo plano do espaço. Nesta lei, também deduzida por Snell, a reflexão também é aplicada.

Segunda Lei de Refração

A segunda a lei da refração ou lei de Snell é determinada pela seguinte expressão:

n₁ sin i = n₂ sin r

Sendo n₁ o índice de refração do ambiente a partir do qual a luz vem; e o ângulo de incidência; n₂ o índice de refração do meio em que a luz é refratada; r O ângulo de refração.

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Princípio de Fermat

A partir do princípio do tempo ou princípio mínimo de Fermat, tanto as leis da reflexão quanto as leis da refração podem ser deduzidas, que acabamos de ver.

Este princípio afirma que a verdadeira trajetória que segue um raio de luz que se move entre dois pontos do espaço é aquele que requer o menor tempo para viajar.

Conseqüências da lei de Snell

Algumas das consequências diretas deduzidas da expressão anterior são:

a) sim n₂ > n₁ ; sin r < sen i o sea r < i

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Então, quando uma luz de raios passa de um meio com um índice de refração mais baixo para outro com um maior índice de refração, o raio refrativo se aproxima do normal.

b) Sim n2 < n₁ ; sin r> sen i ou r> i

Então, quando uma luz de raios passa de um meio com um índice de refração mais alto para outro com menor índice, o raio refratado se afasta do normal.

c) Se o ângulo de incidência for anulado, o ângulo do feixe de refração também é.

Limite e reflexão interna total

Outra das conseqüências importantes da lei de Snell é o que é conhecido como um ângulo limite. Isso é chamado de ângulo de incidência que corresponde a um ângulo de refração de 90º.

Quando isso acontece, o raio refratado se move nivelado com a superfície de separação dos dois meios. Este ângulo também é chamado de ângulo crítico.

Para ângulos acima do ângulo limite, o fenômeno chamado reflexão interna total é produzida. Quando isso ocorre, não há refração, uma vez que todo o feixe de luz é refletido internamente. A reflexão interna total ocorre apenas quando passa de um meio com um índice de refração maior que um meio com menor índice de refração.

Uma aplicação da reflexão interna total é a condução da luz através da fibra óptica sem ocorrer perdas de energia. Graças a ela, podemos aproveitar as altas velocidades de transferência de dados oferecidas por redes de fibra óptica.

Experimentos

Um experimento muito básico para poder observar o fenômeno da refração consiste em introduzir um lápis ou uma caneta em um copo cheio de água. Como conseqüência da refração da luz, a parte do lápis ou caneta submersa parece um pouco quebrada ou desviada em relação à trajetória que se espera que tenham.

Velual [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Você também pode tentar fazer um experimento semelhante com um ponteiro a laser. Obviamente, é necessário derramar algumas gotas de leite no copo de água para melhorar a visibilidade da luz do laser. Nesse caso, recomenda -se que o experimento seja realizado em condições de pouca luz para apreciar melhor a trajetória do feixe de luz.

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Nos dois casos, é interessante tentar diferentes ângulos de incidência e observar como o ângulo de refração varia de acordo com estes.

Causas 

As causas desse efeito óptico devem ser buscadas na refração da luz que causa a imagem do lápis (ou o feixe de luz a laser) para aparecer debaixo d'água desviada em relação à imagem que vemos no ar.

A refração da luz em um dia a dia

A refração da luz pode ser vista em muitas situações do nosso dia a dia. Alguns já os nomearam, outros são informados abaixo.

Uma conseqüência da refração é que as piscinas parecem menos profundas do que são realmente.

Outro efeito da refração é o arco -íris que ocorre porque a luz é refratada ao cruzar as gotas de água presente na atmosfera. É o mesmo fenômeno que ocorre quando um feixe de luz cruza um prisma.

Outra conseqüência da refração da luz é que observamos o pôr do sol do sol quando vários minutos se passaram, pois realmente aconteceu.

Referências

1. Luz (n.d.). Na Wikipedia. Recuperado em 14 de março de 2019, de.Wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Física: a natureza das coisas. Cidade do México: editores internacionais de Thomson. 
3. Reflexão interna total (n.d.). Na Wikipedia. Recuperado em 12 de março de 2019, de.Wikipedia.org.
4. Luz (n.d.). Na Wikipedia. Recuperado em 13 de março de 2019, de.Wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Teoria da reflexão, de ondas eletromagnéticas e parlamentares. Springer.
6. Refração (n.d.). Na Wikipedia. Recuperado em 14 de março de 2019, de.Wikipedia.org.
7. Crawford Jr., Frank s. (1968). Ondas (Curso de Física de Berkeley, vol. 3), McGraw-Hill.