Refração da luz

Refração da luz é um fenômeno que ocorre nas ondas eletromagnéticas que são transmitidas através de algum meio translúcido ou transparente. Quando a luz penetra em meios refringentes, ou seja, capazes de refratar a luz, a sua velocidade diminui. Além disso, de acordo com o ângulo de incidência, é possível que a luz seja defletida de modo que sua direção de propagação sofra mudanças.

A refração da luz é determinada pela diminuição em sua velocidade de propagação. Tal diminuição, por sua vez, é medida por meio de um número chamado índice de refração. O índice de refração mede a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em outros meios.

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Refração e velocidade da luz

No vácuo, a velocidade da luz tem o seu valor limite: aproximadamente 300 mil quilômetros por segundo (c = 3,0.10⁵ km/s). Quando a luz atravessa algum meio transparente, como o ar ou água, a sua velocidade é diminuída para uma fração de sua velocidade no vácuo. Quanto mais refringente for um meio óptico, maior será a redução da velocidade da luz. No diamante, por exemplo, cujo índice de refração é de 2,4, a velocidade da luz é cerca de 2,4 vezes mais lenta do que no vácuo.

Além da mudança de velocidade, a luz também pode sofrer variações em seu ângulo de incidência. Isso ocorre quando ela atravessa a interface entre dois meios de índices de refração diferentes. Entretanto, esse desvio lateral não acontece se a luz incidir perpendicularmente à superfície que faz a separação entre dois meios ópticos. Quer saber mais sobre como ocorre essa deflexão? Acesse o nosso texto sobre a lei de Snell.

No fenômeno de refração, a frequência da luz não se altera, entretanto, sua velocidade e comprimento de onda variam de maneira inversamente proporcional: se a velocidade da luz diminui, seu comprimento de onda aumenta e vice-versa.

Índice de refração

O índice de refração é calculado pela divisão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em um determinado meio óptico. Além disso, o índice de refração de um meio também varia de acordo com a frequência da luz incidente, por exemplo: o índice de refração para a frequência da luz violeta é maior do que o índice de refração para a luz vermelha.

É por esse motivo que a luz pode sofrer dispersão após ser transmitida através de um prisma, dando origem ao espectro eletromagnético visível, como ocorre nos arcos-íris. Adiante, veremos como podemos calcular o índice de refração.

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Fórmulas de refração da luz

A refração da luz pode ser calculada por meio de algumas fórmulas simples. A fórmula seguinte permite calcular o índice de refração de algum meio, confira:

n - índice de refração

c - velocidade da luz no vácuo (c = 3,0.10⁸ m/s)

v - velocidade da luz em outros meios           

Outra fórmula importante da refração da luz é conhecida como lei de Snell-Descartes. Essa permite que calculemos o ângulo de refração da luz, por exemplo. Confira:

n₁ e n₂ - índice de refração dos meios 1 e 2

θ₁ e θ₂ - ângulos de incidência e refração, respectivamente

Usando as duas fórmulas, é possível resolver boa parte dos exercícios e situações que envolvam a refração da luz.

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Exercícios sobre a refração da luz

Questão 1) A refração da luz ocorre quando a luz atravessa algum meio refringente. Em relação a esse processo, podemos afirmar que:

a) no processo de refração, a frequência da luz não se altera.

b) no processo de refração, a velocidade da luz permanece constante.

c) ao sofrer refração, a velocidade da luz e o seu comprimento de onda diminuem.

d) na refração, a velocidade da luz só pode diminuir.

e) na refração, a velocidade da luz só pode aumentar.

Gabarito: Letra A

Resolução:

Durante o processo de refração da luz, a sua velocidade sofre mudança, bem como o seu comprimento de onda, no entanto, a sua frequência permanece constante. Portanto, a alternativa correta é a letra A.

Questão 2) Quando passa através de um vidro, a velocidade de um raio de luz torna-se 2,0.10⁸ m/s. O índice de refração desse meio é de:

Dados: c = 3,0.10⁸ m/s

a) 3,0

b) 2,0

c) 1,5

d) 0,5

e) 1,25

Gabarito: Letra B

Vamos calcular o índice de refração do meio, observe:

Resolução:

De acordo com o cálculo feito, o índice de refração desse vidro é de 1,5, portanto, a alternativa correta é a letra C.

Questão 3) O fenômeno responsável pela ilusão de óptica que dá origem às miragens é conhecido como

a) reflexão.

b) refração.

c) difração.

d) dispersão.

e) espalhamento.

Gabarito: Letra B

Resolução:

As miragens surgem quando o gás atmosférico sofre grande aquecimento. Quando isso ocorre, o índice de refração do ar sofre mudanças, produzindo os efeitos visuais que dão origem às miragens.

Questão 4) O índice de refração de um meio óptico transparente é de 1,8. Em relação isso, é possível afirmar que

a) a velocidade da luz nesse meio é 1,8 vezes mais rápida do que no vácuo.

b) a velocidade da luz nesse meio é 1,8 vezes mais lenta do que no vácuo.

c) a frequência da luz refratada nesse meio é 1,8 vezes menor do que no vácuo.

d) o comprimento de onda não sofre nenhuma alteração.

e) o comprimento de onda aumenta.

Gabarito: Letra B

Resolução:

Como sabemos, o índice de refração mede a razão entre a velocidade da luz nos meios e a velocidade da luz no vácuo. Por isso, um índice de refração de 1,8 indica que no vácuo a luz move-se 1,8 vezes mais rápido do que em um meio que apresente esse índice de refração. Além disso, quando sofre refração, a luz não tem sua frequência alterada, e, nesse caso, o seu comprimento de onda diminui 1,8 vezes. Desse modo, a alternativa correta é a letra B.