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Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe
Refração da luzFenômeno que ocorre quando há a passagem da luz de um meio de propagação para
outro, necessariamente mudando de velocidade.
• Incidência oblíqua: refração com desvio;• Incidência perpendicular: refração sem desvio.➢ Obs.: toda refração é acompanhada de uma reflexão.
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✓ Índice de refração absoluto
É dado por:
cn
v=
velocidade da luz no vácuo (c = 3 . 108 m/s)
velocidade da luz no meio
Para o vácuo temos: nvácuo = 1. Para o ar temos 1arn
Para um dado meio material temos:
vermelho alaranjado amarelo verde azul anil violeta
vermelho alaranjado amarelo verde azul anil violeta
v v v v v v v
n n n n n n n
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➢ Obs.: continuidade óptica é a passagem da luz de um meio para outro com mesmo índicede refração absoluto.
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✓ Leis da refração
Considere um raio de luz propagando-se no meio (1), incidindo na superfície de separação esofrendo refração.
1ª lei: O raio incidente RI, a reta normal N e o raio refratado RR são coplanares.
2ª lei ou Lei de Snell-Descartes
1 2n seni n senr=
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Se n1 > n2 (meio 1 mais refringente que 2) então:
1 2n seni n senr i r =
o raio de luz se afasta da normal
Se n1 < n2 (meio 1 menos refringente que 2) então:
1 2n seni n senr i r =
o raio de luz se aproxima da normal
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✓ Dispersão da luz branca
É o nome dado ao fenômeno que ocorre quando a luz policromática se refrata,decompondo-se nas diversas luzes monocromáticas que a constituem.
dispersão da luz branca em prismas
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✓ Ângulo limite de refração
Considere um raio de luz propagando-se do meio (1) para o meio (2) tal que n1 > n2.À medida que o ângulo de incidência aumenta o ângulo de refração também aumenta.
1 2 90º menormaior menor
maior
nn seni n senr n senL n sen senL
n= = =
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➢ Obs.: fibra ópticaSão dispositivos cuja finalidade é a de levar a luz para outro local mais distante.
Para isso, a luz deverá sofrer reflexão total no miolo da fibra.
Deverão ser cumpridas as seguintes situações:• o material transparente do miolo deverá ser mais refringente que o da capa (n2 > n1);• os raios de luz devem incidir nas paredes da fibra óptica com ângulo superior ao limite.
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Na Medicina, as fibras ópticas são muito usadas em equipamentos para observaçãode órgãos internos. Um exemplo é a videolaringoscopia.
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✓ Dioptro plano
Dioptro plano é o nome dado ao conjunto formado por 2 meios homogêneos etransparentes separados por uma superfície plana.
imagem virtual
Imagem e objeto estão do mesmo lado em relação à superfície, ocorrendo achamada elevação aparente da imagem.
O
I
O
I
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e . '.'
, logo
' '. '. observador
objeto
x xtgi tgr p tgi p tgr
p p
Mas sen tg
nseni p pp seni p senr
senr p n p
= = =
= = =
O
I
x
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✓ Lâmina de faces paralelasConjunto formado por 2 dioptros planos e paralelos.
se os meios externos são idênticos,então os raios R e R’ são paralelos
( ) e cos
( )Logo .
( ) cos cos
d esen i r r
RR RR
d e sen i rd e
sen i r r r
− = =
−= =
−
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✓ Prisma ópticoÉ a associação de 2 dioptros planos cujas superfícies dióptricas não são paralelas.
ângulo de refringência (ou abertura)
Equações do prisma
desvio angular
1 2A r r= +
1 2i i A = + −
Experimentalmente descobriu-se que, se o desvio angular for mínimo, temos:
1 2 1 2 e mín i i r r = =
Assim temos:
( )1 1 2 2 1 2 1 2( ) ( )i r i r i i r r = − + − = + − +
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✓ Arco-íris
É a dispersão da luz branca que ocorre em gotas de água. Quando existem gotas dechuva em suspensão no ar e olhamos do lado oposto àquele que se encontra o Sol, podemosver um arco-íris.
refração e dispersão
reflexão parcial
refração
C
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Se a luz violeta de uma única gota chega ao olho do observador, a luz vermelha vindada mesma gota incide em algum lugar em direção aos pés. Para ver a luz vermelha, a pessoadeve olhar para uma gota que esteja mais elevada no céu
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✓ MiragemQuanto mais denso for o meio, menor será a velocidade de propagação da luz,
consequentemente maior será o índice de refração do meio. Logo o índice de refração é umagrandeza proporcional à densidade do meio e inversamente proporcional àtemperatura.
1n d n
T
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esquema da trajetória do raio incidente na miragem inferior
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✓ Miragem superiorOcorre em regiões polares ou onde a água está em baixas temperaturas. Nessas condições,ocorre a formação de uma imagem invertida, em cima do objeto ou se sobrepondo a ele.
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esquema da trajetória do raio incidente na miragem superior
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➢ Obs.: por que o céu é azul?Um feixe de luz, ao incidir sobre um
átomo, aumenta o movimento oscilatório de seuselétrons. Os elétrons oscilantes reemitem a luzem diversas direções. A luz então é espalhada(espalhamento de Rayleigh).
Quanto menor for a partícula, mais luz de alta frequência será reemitida por ela. Naatmosfera, as partículas responsáveis por esse fenômeno são principalmente as moléculas deoxigênio e nitrogênio, que são menores que o comprimento de onda da luz e muito presentes.Das frequências visíveis que formam a luz solar, o violeta é a mais espalhada pelo nitrogênio eoxigênio da atmosfera, seguido pelo azul. Nossos olhos não são muito sensíveis ao violeta.
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➢ Obs.: por que o pôr do sol é vermelho?A luz que não é espalhada é transmitida. O vermelho, que é a menos espalhada, é
a melhor transmitida, atravessando mais atmosfera do que as outras cores. A luz solar sepropaga através de uma atmosfera mais espessa durante o pôr do sol, razão pela qual opoente é avermelhado.
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pôr do sol avermelhado
➢ Obs.: a lua sangrenta
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➢ Obs.: as mudanças de cor da Lua no céuQuando a Lua está no zênite, isto é, no ponto acima da cabeça de um observador na
superfície da Terra, a luz da Lua tem que percorrer, dentro da atmosfera terrestre, umadistância igual a essa altura. (d – na figura).
Assim, pouca luz azul é espalhada pela atmosfera, e vemos a lua na cor amarela clara oubranca. No entanto, quando ela está no horizonte, os feixes de luz precisam percorrer umadistância muito maior dentro da atmosfera (D – na figura). Assim, muito mais luz azul seráespalhada pela atmosfera até que essa luz chegue ao observador na Terra, na mesma posiçãoanterior.
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➢ Obs.: por que as nuvens são brancas?As nuvens são formadas por gotículas de água de tamanhos variados. Esses
diferentes tamanhos espalham luzes das mais variadas frequências: as menores espalhammais o azul; as ligeiramente maiores espalham mais o verde; e aquelas ainda maioresespalham mais o vermelho. O resultado geral é uma nuvem branca.
grande quantidade de água em nuvens de chuva, tornando-a muito espessa, fazem comque praticamente toda a luz seja absorvida antes de atravessar a nuvem
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➢ Obs.: por que a água é azul-esverdeada?O azul profundo quando olhamos para o oceano é a cor do céu refletida na água. A
cor própria da água é um azul-esverdeado.Embora a água seja praticamente transparente à luz, ela absorve fortemente as
ondas infravermelhas. As moléculas de água entram em ressonância nas frequências da faixado infravermelho. A energia do infravermelho é convertida em energia interna da água, razãopela qual a água esquenta quando exposta à luz solar.
As moléculas de água acabam entrando um pouco em ressonância com a corvermelha, absorvendo-a mais que as demais cores. O complementar do vermelho é o ciano.
espuma branca
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➢ Obs.: posição aparente dos astrosA atmosfera, como um todo, não pode ser considerada um meio homogêneo. À
medida que a altitude aumenta, a densidade do ar diminui e, consequentemente, diminui o seuíndice de refração. Assim, em camadas inferiores o índice de refração do ar é maior do que emcamadas mais altas.
Ao penetrar na atmosfera, o raio de luz passa a ser aproximar cada vez mais danormal. Um observador na Terra, recebendo esse raio, associa a ele uma trajetória retilínea evê o astro numa posição aparente.
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Devido à elevação aparente é que o Sol pode ser visto, mesmo quando está abaixoda linha do horizonte, antes de nascer e após se pôr.