Refração da luz - leducar 2012

Refração da luz - leducar 2012

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01 – REFRAÇÃO: é a variação de velocidade da luz ao mudar de meio. A refração pode ser acompanhada por um desvio na direção de propagação da luz, ou não.

2 – ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE UM MEIO (n): é a relação entre a velocidade da luz no vácuo (c = 3. 108 m/s) e a velocidade da luz no meio considerado (v).

Obs1: Comparando dois meios, o de maior índice de refração é o que apresenta maior refringência (meio mais refringente).

Obs2: Quando dois meios apresentam o mesmo índice de refração, um é invisível em relação ao outro, dizemos que existe uma continuidade óptica. Isto acontece com o bastão de vidro e o tetracloroetileno na figura:

(nvidro = ntetracloroetileno).

03 – LEIS DA REFRAÇÃO. Seja Ri um raio de luz incidente que forma, com a normal N, o ângulo de incidência i. Após a refração, origina-se o raio refratado Rr, que forma com a normal o ângulo de refração r.

1ª LEI: o raio incidente (Ri), a normal (N) e o raio refratado (Rr) estão no mesmo plano.

2ª LEI ( OU LEI DE SNELL- DESCARTES): o produto do índice de refração do meio no qual se encontra o raio pelo seno do ângulo que esse raio forma com a normal é constante.

Assim, se a velocidade diminui, o raio refratado se aproxima da normal; e se a velocidade aumenta, se afasta da normal.

04 – ÂNGULO LIMITE E REFLEXÃO TOTAL. Considere um raio de luz passando do vidro, meio mais refringente, para o ar, meio menos refringente (Fig.a).

Aumentando o ângulo de incidência i, observamos que o raio refratado afasta-se da normal (Fig.b). Quando o ângulo de refração atinge seu valor máximo, r = 900, o ângulo de incidência atinge o ângulo limite, i = L (Fig.c). Se ângulo de incidência for superior ao ângulo limite (i > L), a luz sofre a reflexão total.

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Assim, para ocorrer a reflexão total, a luz tende a passar do meio mais refringente para o meio menos refringente e o ângulo de incidência deve ser maior que o ângulo limite (i > L).

Uma das principais aplicações da reflexão total reside na fabricação da fibra óptica. O índice de refração do núcleo da fibra óptica é maior do que o da casca (nnúcleo > ncasca). Dessa forma, as mensagens transmitidas por impulsos luminosos podem se propagar no interior da fibra óptica por sucessivas reflexões.

05 – DIOPTRO PLANO: é o conjunto de dois meios homogêneos, transparentes e distintos, por exemplo, a água e o ar.

Para pequenos ângulos de refração (r < 100) é válida a relação:

Obs: O observador vê uma imagem virtual do objeto numa posição acima da real.

06 – FENÔMENO DA MIRAGEM. O ar em contato com o solo, está mais quente e por isso menos denso que as camadas superiores. Os raios luminosos que partem do objeto, ao descerem, passam para meios menos densos (menos refringentes) e se afastam da normal, até ocorrer reflexão total numa camada.

07 – RESUMÃO. 1 - Ar próximo ao solo menos denso. 2 - Menor índice de refração. 3 - Maior velocidade de propagação da luz 4 - Incidência maior que o ângulo limite. 5 - Reflexão total.

08 – DISPERSÃO DA LUZ. É a decomposição da luz nas diversas luzes monocromáticas que a constituem. Luzes de diferentes freqüências, propagam-se na matéria com diferentes velocidades, ou seja, percebem na matéria diferentes índices de refração.

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Como a luz vermelha é a que menos sofre desvio, então o índice de refração do vidro para esta cor é menor, sendo maior para a luz violeta.

O arco-íris é uma das conseqüências da dispersão da luz. Ele se forma quando a luz do Sol incide em gotículas de água em suspensão na atmosfera, durante ou após a chuva. Um raio de luz que penetra em uma gota se refrata, sofrendo dispersão. O feixe colorido é refletido na superfície interna da gota e, ao emergir refrata novamente, o que causa a separação de cor.

Um observador situado entre a superfície da Terá não recebe todas as cores provenientes de uma só gota, pois estas cores, ao atingirem o solo, estão muito separadas umas das outras. Como se pode ver pela figura pela figura, a luz vermelha que chega ao observador é proveniente de gotas mais altas e a violeta, de gotas mais baixas. As outras cores do espectro, naturalmente, são provenientes de gotas situadas entre esses extremos.

Exercícios 01 – Certa luz monocromática apresenta num meio material velocidade igual a 150.0 km/s. Sendo a velocidade da luz no vácuo 300.0 km/s, determine o índice de refração absoluto para esse meio.

02 – Determine o índice de refração absoluto de um líquido onde a luz se propaga com a velocidade de 200.0 km/s. A velocidade da luz no vácuo é 300.0 km/s. 03 – O índice de refração absoluto da água é 1,3 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação da luz na água, se no vácuo ela se propaga com a velocidade de 300.0 km/s? 04 – O índice de refração absoluto do vidro é 1,5 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação dessa luz no vidro? 05 – A velocidade da luz amarela num determinado meio é 4/5 da velocidade da luz no vácuo. Qual o índice de refração absoluto desse meio? 06 – Numa substância A, a velocidade da luz é 250.0 km/s; numa substância B é 200.0 km/s. Determine: a) o índice de refração relativo da substância A em relação à substância B; b) o índice de refração relativo da substância B em relação à substância A. 07 – O índice de refração absoluto da água é 1,3 e o do vidro é 1,5. Determine os índices de refração relativos da água em relação ao vidro e do vidro em relação à água. 08 – Se o índice de refração de uma substância X em relação a outra Y é 0,5 e o índice de refração absoluto de Y é 1,8, qual é o índice de refração absoluto de X? 09 – Se o índice de refração de uma substância X em relação a outra Y é 0,6 e o índice de refração absoluto de Y é 1,5, qual é o índice de refração absoluto de X? 10 – Um raio luminoso incide na superfície que separa o meio A do meio B, formando um ângulo de 60o com a normal no meio A. O ângulo de refração vale 30o e o meio

A é o ar, cujo índice de refração é nA = 1. Determine o índice de refração do meio B (nB). Dados: sen 30o = 0,5 e

1 – Quando se propaga de um meio A para um meio B, incidindo sob ângulo de 45o com a normal, um raio luminoso se refrata formando com a normal um ângulo de

60o . Sendo 1,4 o índice de refração do meio B, determine o índice de refração do meio A . ). Dados: sen 45o = 0,7 e

12 – Um raio luminoso passa do vidro para o ar, sendo o ângulo de incidência 30o e o de refração 45o . Calcule o índice de refração do vidro em relação ao ar. Dados: sen

13 – Um raio de luz passa do meio 1 para o meio 2, ambos transparentes. O ângulo de incidência é igual a 45o e o ângulo de refração 30o . Calcule o índice de refração do meio 2 em relação ao meio 1. Dados: sen 30o = 0,5 e

14 – Um raio luminoso passa do ar para a água formando um ângulo i = 30o com a normal. Sabendo que o índice de refração da água em relação ao ar vale 4/3, calcule o valor do ângulo de refração. 15 – Um raio de luz monocromático violeta propaga-se sobre um vidro com velocidade v = 240.0 Km/s. O índice de refração absoluto do vidro para a onda luminosa é: a) 0,8 b) 1,0 c) 1,25 d) 1,5 e) 1,75

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