Dispersão da luz branca

A dispersão da luz branca é um fenômeno óptico caracterizado pela luz branca se dispersar em todas as suas cores, desde o vermelho até o violeta, quando ela tem sua direção e velocidade de propagação alteradas pela mudança de meio. 

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Resumo sobre dispersão da luz branca

• A dispersão da luz branca é um fenômeno óptico que ocorre devido à diferença de velocidade de propagação dos raios luminosos quando mudam de meio.
• A luz branca é capaz de ser decomposta em todas as cores presentes no espectro de luz visível.
• A velocidade da luz branca varia de acordo com o meio no qual ela se propaga.
• A velocidade da luz branca no vácuo é de 299.792.458 m/s.
• As cores que vemos do céu ocorrem devido aos fenômenos de refração, dispersão e reflexão dos raios luminosos na atmosfera terrestre.

Como acontece a dispersão da luz branca?

A dispersão da luz branca é um fenômeno óptico que acontece quando a luz branca, proveniente de uma fonte luminosa, muda de um meio com certo valor de índice de refração (que mede a dificuldade que a luz tem para atravessar um meio) para outro com diferente valor de índice de refração, por exemplo, do ar para a água. Com essa mudança de meio, a luz branca sofre um desvio em sua direção de propagação e uma alteração na sua velocidade de propagação (fenômeno da refração da luz), provocando a decomposição da luz branca em todas as cores do espectro de luz visível.

Decomposição da luz branca

A decomposição da luz branca em todas as cores que enxergarmos, desde o vermelho até o violeta (essa faixa de luz que enxergamos é chamada de espectro de luz visível), ocorre quando a luz branca atravessa determinadas superfícies, como um prisma transparente ou a atmosfera, e sofre o fenômeno da dispersão, conforme descrito na imagem abaixo:

Velocidade da luz branca

A velocidade da luz branca varia de acordo com o meio em que ela atravessa. Por exemplo, na água em 20 ºC, a velocidade da luz é de aproximadamente 225 milhões m/s, enquanto, no vidro, é de aproximadamente 199 milhões m/s. Já no vácuo (que não é um meio) a velocidade da luz branca é constante e igual a 299.792.458 m/s.

Dispersão da luz branca e as cores do céu

As cores que vemos o céu e o arco-íris são fenômenos naturais ocasionados pela dispersão da luz branca:

• Arco-íris: nesse caso temos os feixes de luz branca atingindo as gotículas de água suspensas na atmosfera, sofrendo o fenômeno de refração e, posteriormente, o fenômeno da dispersão, distribuindo todas as cores que vemos no arco-íris de acordo com o seu comprimento de onda e frequência.
• Céu azulado: nesse caso temos os feixes de luz branca atingindo os átomos de nitrogênio, oxigênio e de outros gases presentes na atmosfera terrestre, sofrendo também o fenômeno de refração e, posteriormente, o fenômeno da dispersão. No entanto, a cor azul acaba sendo a mais espalhada, devido ao seu comprimento de onda ser da mesma ordem de grandeza dessas partículas suspensas, assim, essa luz acaba sendo refletida pelos átomos em direção aos nossos olhos.
• Pôr do sol: nesse caso vemos a cor do céu modificar do azul para um vermelho alaranjado. Como anteriormente, temos os fenômenos de refração e dispersão da luz, só que, devido ao Sol estar mais próximo do horizonte, temos seus feixes de luz se propagando por uma camada mais espessa da atmosfera, provocando mais dispersão da cor azul e menos das cores que vão da faixa do amarelho até o vermelho, refletidas pelas nuvens e átomos em direção aos nossos olhos.

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Exercícios resolvidos sobre dispersão da luz branca

Questão 1

(Udesc) A figura abaixo mostra o trajeto de um raio de luz branca através de um prisma de vidro. Analise as afirmações sobre o fenômeno da dispersão da luz, mostrado na figura.

I. No interior do prisma, as diversas cores possuem velocidades de propagação diferentes.

II. O índice de refração do vidro é menor do que o índice de refração do ar.

III. A luz branca é refratada ao entrar no prisma, e as cores também são refratadas ao deixar o prisma.

Assinale a alternativa correta.

A) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

B) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

C) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

D) Somente a afirmativa II é verdadeira.

E) Somente a afirmativa III é verdadeira.

Resolução:

Alternativa B

A alternativa II está incorreta porque o índice de refração do vidro é maior do que o índice de refração do ar.

Questão 2

(UFMG) Rafael e Joana observam que, após atravessar um aquário cheio de água, um feixe de luz do Sol se decompõe em várias cores, que são vistas num anteparo que intercepta o feixe. Tentando explicar esse fenômeno, cada um deles faz uma afirmativa:

• Rafael: Isso acontece porque, ao atravessar o aquário, a frequência da luz é alterada.
• Joana: Isso acontece porque, na água, a velocidade da luz depende da frequência.

Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que:

A) ambas as afirmativas estão certas.

B) apenas a afirmativa de Rafael está certa.

C) ambas as afirmativas estão erradas.

D) apenas a afirmativa de Joana está certa.

Resolução:

Alternativa D

Quando a luz muda de meio, nesse caso do ar para a água, a sua frequência e o seu comprimento de onda não são modificados, apenas a sua velocidade de propagação.

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Ótica e Física Moderna. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Ótica, Relatividade, Física Quântica (vol. 4). São Paulo: Editora Blucher, 2015.