A refração é um fenômeno ondulatório que consiste no desvio da trajetória da onda ao passar de um meio A para um meio B, quando a velocidade de propagação dela em um deles é diferente da velocidade no outro. Inicialmente, esse
fenômeno será estudado para a luz. Porém, todas as propriedades se estendem aos outros tipos de ondas. É por conta desse fenômeno que vemos alguns objetos como se estivessem quebrados quando inseridos em dois meios diferentes. É o que acontece como as bananas da Figura 1, que parecem quebrar ao passarem pela água. É também por conta desse desvio dos raios de luz que, ao observarmos um objeto debaixo d’água, vemos esse mesmo objeto em uma posição acima da que ele realmente está. 📚 Você vai prestar o Enem? Estude de graça com o Plano de Estudo Enem De Boa 📚 A refração ocorre devido a mudanças na velocidade de propagação de uma onda. Sabe-se que essa velocidade (v) é dada em função da frequência (f) e do comprimento da onda (λ), por: Equação
do comprimento de onda. A frequência é sempre constante, atuando como uma espécie de “identidade da onda”. Logo, a mudança de velocidade da luz, ao passar de um meio para o outro, é devida a uma mudança no seu comprimento de onda. Essa mudança ocorre por causa da diferença entre as interações moleculares existentes entre os meios. Por exemplo: digamos que o meio A seja um gás e que o meio B seja um
sólido transparente. No meio A, as interações moleculares são mais fracas, logo, as moléculas são mais dispersas e a luz pode percorrer um caminho maior sem interagir com nenhuma delas. Teremos, pois, um maior comprimento de onda e uma maior velocidade que no meio B, onde as moléculas são bem mais próximas, dificultando a passagem da luz. Cada meio material possui um índice adimensional (que não possui unidade de medida), característica que mede a razão entre a velocidade da luz no vácuo (c) e a sua velocidade ao se propagar nele (v), chamado índice de refração, comumente representado por n. Logo, o índice de refração pode ser calculado por meio da seguinte expressão: Cálculo do índice de refração. Deve-se considerar que n é inversamente proporcional a v, ou seja, quanto maior for a velocidade em determinado meio, menor é o seu índice de refração. A velocidade da luz no vácuo vale c = 3,0.108 m/s e representa o
valor limite de velocidade que se pode atingir no universo, sendo alcançado também por outras ondas eletromagnéticas. Desse modo, a velocidade da luz é sempre menor ou igual a c. Assim: Seja nA o índice de refração do meio A e nB o índice de refração do meio B, tem-se que o índice de refração de A em relação a B é dado por: Já o índice de refração de B em relação a A é: Assim, diz-se que:
Lei de Snell-DescartesVoltando ao fenômeno da refração em si, temos que o desvio se dá da seguinte forma: Figura 2: O raio de luz incide sobre a interface entre os meios A e B, de diferentes índices de refração nA e nB. É feito um ângulo de incidência i em relação à reta normal (reta perpendicular à superfície), que adentra o meio B fazendo um ângulo de refraçãor em relação à mesma normal. Isso ocorre devido a um princípio enunciado pela primeira vez pelo matemático francês Pierre Fermat (1601 – 1665), em 1657: o Princípio do Tempo Mínimo, segundo o qual, a luz sempre percorre a trajetória de tempo mínimo ao ir do ponto A ao ponto B, ou seja, sempre vai pelo caminho mais rápido. Esse trajetória nem sempre é uma reta, como ocorre no caso da refração. Assim, é possível provar que, para que um raio luminoso se desloque entre dois pontos, estando um no meio A e outro no meio B, onde ela possui velocidades de propagação diferentes, essa trajetória deve sofrer um desvio, como o enunciado na Figura 2. A prova se dá por meio de conceitos em Cálculo, um assunto de nível superior. A partir desse princípio, prova-se um resultado que, anos antes, em 1621, havia sido constatado empiricamente pelo matemático holandês Willebrord Snell e pelo filósofo e matemático francês René Descartes. Por isso, recebe o nome de Lei de Snell-Descartes. Segundo esse resultado, os ângulos de incidência e de refração (i e r) se relacionam com os índices de refração dos meios A e B (nA e nB), segundo a equação: A fórmula demonstra a dependência do ângulo r com o ângulo i, para os meios A e B. Além disso, permite calcular um desses ângulos, sabendo-se o outro ângulo, e os índices de refração. Também é possível escrever esse resultado em função dos índices de refração relativos (nA,B e nB,A): Assim, se o meio A for mais refringente que o meio B: Se o desvio angular é positivo, ou seja, o raio luminoso se afasta da normal: Mas, se o meio B for mais refringente que o meio A: Se o desvio angular é negativo, ou seja, o raio luminoso se aproxima da normal: FórmulasExercício de fixação ENEM/2012 Alguns povos indígenas ainda preservam suas tradições realizando a pesca com lanças, demonstrando uma notável habilidade. Para fisgar um peixe em um lago com águas tranquilas, o índio deve mirar abaixo da posição em que enxerga o peixe. A refletidos pelo peixe não descrevem uma trajetória retilínea no interior da água. B emitidos pelos olhos do índio desviam sua trajetória quando passam do ar para a água. C espalhados pelo peixe são refletidos pela superfície da água. D emitidos pelos olhos do índio são espalhados pela superfície da água. E refletidos pelo peixe desviam sua trajetória quando passam da água para o ar. O que acontece quando uma onda passa de um meio para outro?A refração acontece quando uma onda atinge uma região que separa dois meios e a atravessa, passando a se propagar no outro meio. Desta forma, há alteração na velocidade de propagação (já que esta só depende do meio), o que gera uma alteração no comprimento de onda, mas sem que haja alteração na frequência.
O que acontece quando a luz passa de um meio mais Refringente para outro menos?Quando um raio luminoso se propaga de um meio mais refringente para um menos refringente e incide sobre a superfície de separação de dois meios num ângulo maior que o ângulo limite L, acontece a reflexão total da luz.
Quando a luz passa de um meio menos Refringente para um meio mais Refringente se aproxima da reta normal?Podemos, então, concluir que, quando a luz passa de um meio menos refringente para um meio mais refringente, a velocidade da luz diminui e o raio luminoso se aproxima da reta normal, isto é, o ângulo que o raio luminoso forma com a reta normal diminui.
Quando um raio de luz passa de um meio mais Refringente para outro menos Refringente a velocidade de propagação da luz aumenta?Na incidência NORMAL, já vimos que não há mudança de direção do raio refratado, mas ocorrerá variação de velocidade de propagação: se a luz passa de um meio mais para outro menos refringente sua velocidade aumenta, caso contrário, sua velocidade diminui.
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Quando uma onda passa de um meio mais Refringente para outro menos Refringente ocorre mudança no comprimento de onda mas não na sua frequência?
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