Introdução:
A reflexão e a refração da luz são fenômenos ópticos relacionados com a forma de propagação da luz. Por exemplo, quando a luz incide sobre uma superfície ela pode ser refletida ou refratada. Veja um exemplo na imagem a seguir:
Fenômenos ópticos: Fenômenos ópticos ocorrem quando a luz incide em uma superfície qualquer. Entre uma série de fenômenos ópticos importantes, dependendo da superfície, o feixe de luz pode sofrer reflexão, refração e absorção. Os 3 podem ocorrem ao mesmo tempo, em maior ou menor intensidade, dependendo do material da superfície.
Reflexão: Reflexão é o fenômeno que ocorre quando um feixe de luz se propaga em um meio, atingindo uma superfície qualquer, como uma parede, um espelho ou a água de uma piscina, e retorna ao meio em que estava se propagando. Há dois tipos de reflexão, a regular e a difusa.
Reflexão regular: se os raios de luz incidirem sobre uma superfície totalmente polida e forem refletidos todos na mesma direção e paralelos entre si, conforme mostra a figura abaixo:
Reflexão difusa: ocorre quando os raios de luz incidem sobre uma superfície irregular e são refletidos em várias direções distintas, como mostra a figura:
Existem duas leis para reflexão da luz:
1. O ângulo de incidência é sempre igual ao ângulo de reflexão, αi = αr; 2. O raio incidente, o raio refletido e a reta normal à superfície de separação pertencem a um só plano. Veja na figura abaixo como estão:
Refração da luz: A refração ocorre quando a luz passa de um meio de propagação para outro, alterando sua velocidade. É em virtude desse
fenômeno que um objeto colocado dentro de um copo aparenta estar torto ou que uma piscina parece ser mais rasa do que realmente é.
A intensidade da refração dependerá da variação sofrida pela velocidade ao passar de um meio para outro. Para caracterizar os meios materiais, existe o índice de refração, representado pela letra “n”, sendo calculado da seguinte forma:
Sendo que: C – Velocidade da luz no vácuo; V – Velocidade da luz no meio material; N – Índice de refração. A lei básica da refração da luz, que também pode ser denominada lei de Snell, tem o seguinte enunciado: Quando a luz passa de um meio, cujo índice de refração é n1, para outro meio, que tem índice de refração n2, temos:
Sendo que θ1 é o ângulo de incidência, e θ2, o ângulo de reflexão.
Exercícios resolvidos:
1) O ângulo de incidência, em um espelho plano, é de 30º. Qual o valor do ângulo formado entre o raio refletido e a superfície?
Resolução: Para calcular o ângulo entre o raio refletido e a superfície, utilizamos a equação:
Sendo “r” o angulo de reflexão e o “i” o ângulo de incidência.
2) O ângulo entre um raio de luz que incide em uma superfície e o raio de luz refletido por ela é igual a 80º. Qual é o ângulo entre o raio incidente e a reta normal? E qual é o ângulo entre o raio refletido e a superfície?
Resolução: Para resolver essa questão, observe a figura:
O ângulo de 80º entre o raio incidente e o refletido é o dobro do ângulo entre o raio incidente e a reta normal. Portanto, para encontrar o ângulo de incidência, basta dividi-lo por dois.
Esse ângulo é igual ao ângulo entre o raio refletido e a reta normal, que é o ângulo de reflexão.
Para calcular o ângulo entre o raio refletido e a superfície, usamos a equação:
Sendo θ o ângulo entre o raio refletido e a superfície:
3) Uma moeda está no centro do fundo de uma caixa d’água cilíndrica de 0,87 m de altura e base circular com 1,0 m de diâmetro, totalmente preenchida com água, como esquematizado na figura ao lado.
Se um feixe de luz laser incidir em uma direção que passa pela borda da caixa, fazendo um ângulo θ com a vertical, ele só poderá iluminar a moeda se
a) θ = 20º
b) θ = 30º
c) θ = 45º
d) θ = 60º
e) θ = 70º
*Note e adote: Índice de refração da água: 1,4 n1sen(θ1) = n2 sen(θ2) sen(20º) = cos(70º) = 0,35 sen(30º) = cos(60º) = 0,50 sen(45º) = cos(45º) = 0,70 sen(60º) = cos(30º) = 0,87 sen(70º) = cos(20º) = 0,94
Resolução:
Sabemos que a tangente de α é 𝑡𝑔 𝛼 = 𝑠𝑒𝑛𝛼 cos𝛼 = 0,5 0,87 . Portanto , sen α = 0,5 e cos α = 0,87. Chegamos à conclusão de que α é 30° Agora é só usar a lei de Snell:
Resposta: alternativa C.
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