Enxergar é uma capacidade incrível que muitos seres vivos compartilham. A partir da captação da luz, com seus comportamentos de reflexão e refração, o cérebro humano é capaz de formar imagens e expressões visuais.
Se você quer entender mais sobre o padrão de refração da luz, o que significa esse fenômeno e como ele ocorre na natureza, continue lendo este texto. Veja também as fórmulas dos índices de refração e como o tema é cobrado nos vestibulares.
Navegue pelo conteúdo
O que é refração?
A refração é um fenômeno luminoso que acontece quando um raio de luz parte de um meio óptico para outro, com mudança de sua velocidade durante esse processo. Nesse momento, a luz terá o comprimento de onda (? — lambda) alterado, e sua frequência permanecerá constante.
Para que ocorra, os meios de propagação devem ser transparentes, além de possuírem índices de refração diferentes. Essa grandeza é um valor físico adimensional, que não utiliza unidade. Ele mensura a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade em que a luz se propaga naquele meio.
n = c / v
(c = velocidade da luz no vácuo = 3.108 m/s)
(v = velocidade da luz naquele meio específico, em metros por segundo)
(n = índice de refração do meio, valor adimensional)
De certa forma, então, o índice de refração absoluto mede o quão rápido os raios luminosos viajam em determinado ambiente. Quanto mais refringente é o meio de propagação, menor a velocidade da luz ali. Ao mesmo tempo, um baixo índice de refração determina uma viagem de alta velocidade dos feixes.
Geralmente, os exercícios abordam esse tema com a refração entre o ar atmosférico e a água — o ar permite uma trajetória de maior velocidade. Ao passar para o meio aquático, a luz perde rapidez, ou seja, sofre refração. O gif abaixo demonstra esse comportamento — considere que os elementos gráficos apresentados serão debatidos a seguir neste artigo.
Esse fenômeno explica as visões distorcidas que temos quando entramos em uma piscina. O desvio da trajetória da luz determina, geralmente, um aumento no tamanho das mãos e pés quando olhamos eles do ar, em direção à água. Vamos entender melhor esse mecanismo? Veja o tópico abaixo!
Leis da Refração da luz e suas propriedades
Como mencionado anteriormente, a refração da luz só ocorrerá quando os índices de refração forem diferentes, assim como as velocidades da luz naqueles ambientes. Dados os meios de propagação 1 e 2, podemos calcular o índice de refração relativo entre eles (n1,2), assim:
n1 = c/v1 n2 = c/v2
n1,2 =(c/v1)/(c/v2)
n1,2 =v1//v2
Se o valor de n1,2 for 1, significa que n1 e n2 são iguais, então a refração não ocorrerá. De fato, isso acontece, geralmente, quando observamos a luz viajando dentro do mesmo meio de propagação: vem da área externa e atravessa o ambiente interno, mas continua no ar atmosférico.
Agora, se n1,2 for diferente de zero, o fenômeno de refração está acontecendo e pode ser estudado a partir de suas leis. Essas regras são importantes para calcularmos qual o ângulo em que o raio de luz foi desviado, após ser refratado, acompanhe.
Primeira Lei da Refração
A primeira lei da refração traz informações importantes para o nosso estudo óptico:
- Para determinar o evento refrativo, é necessário traçar uma reta normal (perpendicular) à superfície de encontro entre os dois meios de propagação. Na imagem, ela está traçada em branco;
- Existe um raio de luz que incide sobre essa superfície com um ângulo ?, em relação a reta normal (cor verde limão);
- Há também um trajeto luminoso que será refratado, com desvio angular, formando um novo ângulo β (cor verde água); e
- Todos esses elementos estão contidos no mesmo plano (são coplanares).
Segunda Lei da Refração
Conhecidas as propriedades e comportamento dos raios de luz refratados, existe uma fórmula para calcular o desvio angular sofrido pelo raio, durante o fenômeno refrativo. Para isso, é utilizada a função trigonométrica seno e o valor dos índices de refração em cada meio de propagação.
Dada essa fórmula, é possível prever a trajetória de um raio luminoso apenas ao observar os n dos meios em questão.
- Se a luz atravessa de um meio de maior η para um meio de menor índice de refração, o raio de luz se afasta da normal, como observamos no esquema:
Perceba também que o raio luminoso em questão está sendo refletido para o lado esquerdo, ao mesmo tempo em que é refratado para o meio dois (n2), com um ângulo β.
- Quando o raio de luz está saindo de um meio com menor índice de refração do que o η2 para onde está indo, sua o feixe se aproxima da reta normal.
Note que o ângulo β é menor do que ?, evidenciando um desvio mais “fechado” do raio de luz.
Uma boa forma de recordar esse comportamento luminoso é assim:
- Se tenho mais que o outro, quero mostrar e me abro (n1>n2 — afastamento da normal);
- Se tenho pouco, quero esconder do outro (n1<n2 — aproximo da normal)
Questão de vestibular
(PUC-Campinas) Há uma série de fenômenos observáveis que ocorrem na atmosfera terrestre e que são determinados pela refração da luz ao percorrê-la. São exemplos o arco-íris, a formação de halos ao redor da Lua, a posição aparente dos astros mais elevada que a real, o fenômeno das miragens no deserto, a aurora boreal. A refração é o fenômeno da mudança na velocidade da propagação da luz ao passar de um meio transparente para outro. Considere um raio luminoso que forma ângulos iguais a 45º e 60º com a superfície que separa o vácuo do meio transparente e homogêneo M, como representado na figura.
Dados:
Velocidade da luz no vácuo = 3,0 . 108 m/s
De acordo com a situação apresentada, a velocidade da luz no meio M, em m/s, vale:
a) 1,0 . 108
b) 1,0.√2. 108
c) 1,5 . 108
d) 1,0 .√3 . 108
e) 1,5 .√2. 108
Primeiramente, vamos anotar o índice de refração de cada meio:
nvácuo = c/v
por definição, c = velocidade da luz no vácuo = 3.108
como o meio também é o vácuo, a velocidade v também é dada por c (v=c), assim:
nvácuo = c/c
nvácuo = 1
nM = 3.108/vM
Agora, com a lei de Snell-Descartes e conhecimentos trigonométricos, podemos encontrar o valor de nM..
nM. sen 60º = nvácuo. sen 45º
nvácuo = 1
sen 45º = 1
sen 60º = ½, então:
nM. sen 60º = nvácuo. sen 45º
nM. 1/2 = 1
nM = 2
Como valor de nM em mãos, vamos substituir na fórmula nM = 3.108/vM e encontrar o valor de vM:
2 = 3.108/vM
vM = 3.108/2
vM = 1,5.108 m/s (alternativa C)
Estude mais com a Coruja!
O Estratégia Vestibulares é uma plataforma de estudo com milhares de questões de vestibulares respondidas de todo o País: o Banco de Questões abrange todas as disciplinas, com resolução de professores especialistas e muitos vídeos explicativos.
Veja também:
- Como cai a óptica no Enem
- Óptica geométrica: o que é, conceitos importantes, fórmulas e questões
- Como a Ondulatória cai no Enem
- Eletricidade: conheça as principais fórmulas e conceitos
- A Lei de Gauss da Eletricidade: conceito e como cai na prova do ITA
- Lei de Faraday-Lenz: definição, fórmulas, aplicações e exercícios
- Indução eletromagnética: o que é, fluxo magnético, fórmulas e aplicações
- Magnetismo no Enem: o que aparece?
- Leis de Ohm: primeira e segunda leis, fórmulas, aplicações e questões
