Quando um raio de luz incide na fronteira entre dois?

Questão 2

(Fatec-SP) Durante um ensaio com uma amostra de um material transparente e homogêneo, um aluno do Curso de Materiais da Fatec precisa determinar de que material a amostra é constituída. Para isso, ele utiliza o princípio da refração, fazendo incidir sobre uma amostra semicircular, de raio r, um feixe de laser monocromático, conforme a figura.

Utilizando os dados da figura e as informações apresentadas na tabela de referência, podemos concluir corretamente que o material da amostra é

Lembre-se de que: nI . senθI = nR . senθR

a) cristal de lantânio.

b) cristal de titânio.

c) cristal dopado.

d) policarbonato.

e) resina.

Questão 4

Um raio de luz incide sobre a superfície de separação entre dois meios, formando um ângulo de 45° com a reta normal. Ao sofrer refração, o ângulo entre o raio de luz e a normal passa a ser de 30°. Marque a alternativa correta a respeito do ocorrido:

a) Houve aumento de velocidade da luz, por isso o raio de luz de aproximou da reta normal.

b) Houve diminuição da velocidade da luz, logo pode-se concluir que o meio incidente possui maior índice de refração.

c) Como houve aproximação da reta normal, pode-se concluir que o índice de refração do meio para o qual a luz se deslocou é maior.

d) Se a lei de Snell for aplicada para esse caso, o resultado mostrará o mesmo valor para os índices de refração.

e) A luz aproxima-se da normal por causa de um aumento do índice de refração, porém sua velocidade de propagação foi mantida.

Respostas

Resposta Questão 1

Alternativa 4.

Aplicando a lei de Snell para esse caso, teremos:

Resposta Questão 2

Gabarito: Letra E

Sabendo que o seno de um ângulo é definido como a razão do cateto oposto ao ângulo pela hipotenusa, podemos definir os senos de θ1 e θ2 como:

Aplicando a lei de Snell, teremos:

Pode-se concluir que a amostra é de resina.

Resposta Questão 3

Gabarito: Letra D

Aplicando a lei de Snell, teremos:

Resposta Questão 4

Gabarito: Letra C

O aumento do índice de refração provoca diminuição da velocidade da luz, dessa forma, o raio de luz deve aproximar-se da reta normal.

Quando a luz incide sobre uma superfície de separação entre dois meios, uma parte dela sofre refração e a outra, reflexão, conforme mostra a figura a seguir:

A figura mostra a reflexão e a refração quando a luz passa de um meio menos refringente para um meio mais refringente, por exemplo, passa do ar para a água.

Veja agora o que acontece quando a luz passa do meio mais refringente para outro menos refringente. Podemos considerar como exemplo a luz passando da água para o ar. Observe o que acontece na figura, em que a fonte de luz é colocada embaixo de um aquário com água:

Observe que todos os raios de luz que atravessam o aquário, nos pontos à esquerda do ponto P, têm uma parte refletida e outra refratada. Mas quando o ângulo entre os raios de luz incidentes e a reta normal à superfície do aquário é igual a L, o ângulo-limite, não ocorre mais a refração, e sim a reflexão total da luz.

Veja agora um diagrama representando a reflexão total da luz:

O ângulo-limite é definido como o “menor ângulo de incidência da luz em uma superfície de separação entre dois meios a partir dos quais ela é totalmente refletida”. Ele pode ser calculado a partir da lei de Snell-Descartes:

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n1 . Sen i = n2 . Sen r

Sendo:

n1 – índice de refração do meio 1;
n2 – índice de refração do meio 2;
i – ângulo de incidência;
r – ângulo de reflexão.

No caso da reflexão total da luz, sabemos que n1 > n2, uma vez que esse fenômeno ocorre apenas quando a luz passa de um meio mais refringente para outro menos refringente. Além disso, o ângulo de incidência i é o ângulo-limite L, e o ângulo de reflexão é 90º:

i = L e r = 90

Substituindo esses dados na Lei de Snell-Descartes, teremos:

n1 . Sen L = n2 . Sen 90º

Sen 90º = 1, portanto:

n1 . Sen L = n2 . 1
Sen L = n2
                 n1

Uma consequência da reflexão total da luz é a impressão que temos de que a superfície do asfalto está molhada em dias quentes, fato que caracteriza um tipo de miragem. A luz proveniente do Sol atravessa várias camadas de ar com temperaturas diferentes. O ar que está perto do asfalto é mais quente e, acima dele, existe outra camada de ar com temperatura um pouco menor. Essa diferença de temperatura faz com que o ar tenha densidades diferentes e, consequentemente, as duas camadas terão índices de refração diferentes.

Os raios de luz incidem na camada de ar mais quente, passando primeiro pela camada mais fria e com maior índice de refração. Dependendo do ângulo de visão do observador, a luz refletirá na superfície de separação entre essas duas camadas a imagem do céu, dando a impressão de que o asfalto está molhado.