Quando um raio de luz passa de um meio mais refrigerante para outro menos refrigerante?

Leis da Refração

Significado físico de refração

Considere dois meios homogêneos e transparentes 1 e 2, de índices de refração n1 e n2 e um raio de luz  incidindo sobre a superfície de separação S entre esses meios.

No ponto onde o raio de luz incide sobre S traçamos a normal N a essa superfície.

Seja i o ângulo entre o raio incidente e a normal (figura 1).

Em seguida o raio se refrata e passa a se propagar no meio 2, sofrendo um desvio, mudando sua velocidade de propagação, e formando um ângulo r com a normal (figura 2).

Leis da refração

São duas:

Primeira lei da refração

Observe na figura acima onde esses raios e a normal N pertencem ao mesmo plano α.

As expressões acima nos mostram que quando a luz passar de um meio menos refringente (menor indice de refração) para um meio mais refringente (maior índice de refração), o ângulo de refração será menor que o ângulo de incidência (ele se aproxima da normal) e menor será a velocidade da luz nele. (veja figuras e procure memorizar essas informações)

Pelo princípio da reversibilidade (caminho inverso), quando a luz passa de um meio mais refringente para um menos refringente sua velocidade aumenta e ele se afasta da normal.

Desvio (d) na refração

O desvio (d) na refração corresponde ao ângulo entre o prolongamento do raio incidente e o raio refratado.(figura da esquerda)

No caso da incidência ser normal o raio de luz não sofre desvio e d=0. (figura da direita)

O que você deve saber, informações e dicas

Refração atmosférica

Como a atmosfera é mais densa nas camadas inferiores, nelas o índice de refração é maior que nas camadas superiores.

Como consequência, a luz proveniente de um astro, como por exemplo, o Sol, sofre desvio se

aproximando da normal até atingir os olhos do observador que tem a impressão de que ele está acima de sua posição real.

Pelo mesmo motivo, devido à variação da densidade do ar com a temperatura, temos a ilusão em dias quentes e secos, de poças de água, imagens de carros, de nuvens, etc., de miragens em desertos, pois o Sol em contato com o solo deixa o ar mais quente e consequentemente menos refringente que o ar das camadas superiores.

Isso faz com que os raios de luz sofram reflexão total em camadas próximas ao solo,subam e atinjam os olhos de um observador, que terá a impressão de que no solo existe um espelho fornecendo a imagem do objeto.

Observação: O fenômeno também pode acontecer embora menos frequentemente, nos mares em regiões frias, onde o ar “frio”, mais denso e mais refringente, fica na camada inferior.

À medida que a altura aumenta, o ar vai ficando mais quente, tornando-se menos denso e, portanto, menos refringente, afastando-se da normal e sofrendo os sucessivos desvios (refrações) apresentados na figura que, está fora de escala.
Cada refração é sempre acompanhada de reflexão que pode ou não ser reflexão total.

Assim, para um observador, a imagem do iceberg, pode aparecer acima da água, como se estivesse flutuando no ar e, onde estava o iceberg ele pode apenas enxergar água.

Reflexão e refração simultâneas

Quando ocorrer simultaneamente reflexão e refração, a normal N e a superfície de separação Sdividem o plano que os contém em 4 quadrantes I, II, III e IV         

O raio incidente e o raio refletido formam o mesmo ângulo Ɵ com a normal e estão em quadrantes adjacentes.

O raio incidente e o raio refratado estão em quadrantes opostos e formam ângulos diferentes com a normal.

Assim, r é o raio incidente, r’, o refletido e r’’ o refratado.

As expressões acima nos mostram que quando a luz passar de um meio menos refringente (menor indice de refração) para um meio mais refringente (maior índice de refração), o ângulo de refração será menor que o ângulo de incidência (ele se aproxima da normal) e menor será a velocidade da luz nele. (veja figuras e procure memorizar essas informações)

Pelo princípio da reversibilidade (caminho inverso), quando a luz passa de um meio mais refringente para um menos refringente sua velocidade aumenta e ele se afasta da normal.

Desvio na refração

O desvio (d) na refração corresponde ao ângulo entre o prolongamento do raio incidente e o raio refratado.(figura da esquerda)

No caso da incidência ser normal o raio de luz não sofre desvio e d=0. (figura da direita)

Princípio de Fermat

A luz se propaga entre dois pontos (no caso, X e Y), saindo de X, sofrendo refração sem que haja reflexão eatinge Y, no menor tempo possível.

A duração do dia terrestre é ligeiramente maior devido a refração da luz solar na atmosfera.

Isso ocorre porque à medida que os raios de luz provenientes do Sol penetram na atmosfera da Terra, vão encontrando camadas de ar cada vez mais densas, mais refringentes e de maiores

índices de refração e aproximam-se cada vez mais da normal sofrendo os desvios mostrados na figura.   

Esses desvios fazem com que a imagem que se observa do Sol ao amanhecer e ao anoitecer encontra-se acima de sua real posição, tomando-se como referência o horizonte.

Se não houvesse refração na atmosfera você veria o Sol real por menos tempo e, com a refração, por mais tempo.

Exercícios interessantes:

01– Numa loja, são vendidos aquários em forma de prismas retos com bases em forma de “L”. O vigia da loja gosta de assistir uma grande TV plana situada numa parede distante, na sua frente. O problema é que na linha de visada entre o posto do vigia e o centro da TV há uma coluna atrapalhando.

Um dia, o vigia percebeu que esta coluna, embora fosse suficientemente larga para atrapalhar a visão da TV, era suficientemente estreita para torna-la invisível para ele, mediante o posicionamento certo de dois aquários cheios de água.

As figuras “A”, “B” e “C”, abaixo, mostram (em vista superior) três formas de dispor os aquários entre o vigia e a TV.

Após analisar como os raios de luz que partem da TV (mostrados na figura) mudam de direção ao passarem do ar para a água dos aquários e de volta para o ar, é correto concluir que as disposições dos aquários, que permitem ao vigia observar a TV, através da água transparente dos aquários, como se a coluna não estivesse lá, são:

Resolução:Observe nas figuras A e B onde foram traçados raios de luz (em vermelho) que, quando eles se refratam do ar (menos refringente) para a água (mais refringente) eles se aproximam da normal (em amarelo) e apenas a figura A satisfaz, pois nela os raios de luz chegam aos olhos do vigia.

A figura C também não satisfaz, pois quando os raios de luz incidem perpendicularmente à superfície de separação eles se refratam sem sofrer desvio com a imagem da TV não atingindo os olhos do observador.

R- B

02–Dois sistemas óticos, D1 e D2, são utilizados para analisar uma lâmina de tecido biológico a partir de direções diferentes.

Em uma análise, a luz fluorescente, emitida por um indicador incorporado a uma pequena estrutura, presente no tecido, é captada,simultaneamente, pelos dois sistemas, ao longo das direções tracejadas.

Levando-se em conta o desvio da luz pela refração, dentre as posições indicadas, aquela que poderia corresponder à localização real dessa estrutura no tecido é:

Suponha que o tecido biológico seja transparente à luz e tenha índice de refração uniforme, semelhante ao da água.

Resolução: A resposta só pode estar entre as alternativas A, D ou C, pois D1 capta a luz emitida na vertical onde não sofre desvio (incidência normal), assim o indicador só pode estar na vertical. Quando se refrata do vidro (água) para o ar a luz sofre desvio, se afastando da normal, até atingir D2. A única alternativa que satisfaz é a C.

Confira os exercícios com resolução comentada

Quando o raio de luz passa de um meio mais Refringente para outro menos Refringente?

Quando uma onda passa de um meio mais Refringente para outro menos Refringente ocorre mudança no comprimento de onda mas não na sua frequência?

O que ocorre quando a luz passa de um meio mais denso para um meio menos denso em relação a sua velocidade?

O que acontece quando a luz passa de um meio para o outro?