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Reflexão total da luz

A reflexão total da luz é um fenômeno óptico que ocorre quando a luz incide sobre uma superfície com o ângulo-limite L e é completamente refletida.

Quando a luz incide sobre uma superfície de separação entre dois meios, uma parte dela sofre refração e a outra, reflexão, conforme mostra a figura a seguir:

Diagrama demonstrando o comportamento da luz ao incidir sobre a superfície entre dois meios de índices de refração diferentes
Diagrama demonstrando o comportamento da luz ao incidir sobre a superfície entre dois meios de índices de refração diferentes

A figura mostra a reflexão e a refração quando a luz passa de um meio menos refringente para um meio mais refringente, por exemplo, passa do ar para a água.

Veja agora o que acontece quando a luz passa do meio mais refringente para outro menos refringente. Podemos considerar como exemplo a luz passando da água para o ar. Observe o que acontece na figura, em que a fonte de luz é colocada embaixo de um aquário com água:

A partir do ponto P, a luz é totalmente refletida
A partir do ponto P, a luz é totalmente refletida

Observe que todos os raios de luz que atravessam o aquário, nos pontos à esquerda do ponto P, têm uma parte refletida e outra refratada. Mas quando o ângulo entre os raios de luz incidentes e a reta normal à superfície do aquário é igual a L, o ângulo-limite, não ocorre mais a refração, e sim a reflexão total da luz.

Veja agora um diagrama representando a reflexão total da luz:

A figura mostra que, quando o ângulo de incidência é igual a L, o ângulo de reflexão é 90º
A figura mostra que, quando o ângulo de incidência é igual a L, o ângulo de reflexão é 90º

O ângulo-limite é definido como o “menor ângulo de incidência da luz em uma superfície de separação entre dois meios a partir dos quais ela é totalmente refletida”. Ele pode ser calculado a partir da lei de Snell-Descartes:

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n1 . Sen i = n2 . Sen r

Sendo:

n1índice de refração do meio 1;
n2 – índice de refração do meio 2;
i – ângulo de incidência;
r – ângulo de reflexão.

No caso da reflexão total da luz, sabemos que n1 > n2, uma vez que esse fenômeno ocorre apenas quando a luz passa de um meio mais refringente para outro menos refringente. Além disso, o ângulo de incidência i é o ângulo-limite L, e o ângulo de reflexão é 90º:

i = L e r = 90

Substituindo esses dados na Lei de Snell-Descartes, teremos:

n1 . Sen L = n2 . Sen 90º

Sen 90º = 1, portanto:

n1 . Sen L = n2 . 1
Sen L = n2
                 
n1

Uma consequência da reflexão total da luz é a impressão que temos de que a superfície do asfalto está molhada em dias quentes, fato que caracteriza um tipo de miragem. A luz proveniente do Sol atravessa várias camadas de ar com temperaturas diferentes. O ar que está perto do asfalto é mais quente e, acima dele, existe outra camada de ar com temperatura um pouco menor. Essa diferença de temperatura faz com que o ar tenha densidades diferentes e, consequentemente, as duas camadas terão índices de refração diferentes.

Os raios de luz incidem na camada de ar mais quente, passando primeiro pela camada mais fria e com maior índice de refração. Dependendo do ângulo de visão do observador, a luz refletirá na superfície de separação entre essas duas camadas a imagem do céu, dando a impressão de que o asfalto está molhado.

A impressão que temos de ver o asfalto molhado em dias quentes é um exemplo de miragem, uma das consequências da reflexão total da luz
A impressão que temos de ver o asfalto molhado em dias quentes é um exemplo de miragem, uma das consequências da reflexão total da luz
Publicado por: Mariane Mendes Teixeira
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Teste agora seus conhecimentos com os exercícios deste texto
Lista de Exercícios

Questão 1

(UFRR) As fibras ópticas são fios extremamente finos, flexíveis e transparentes. São constituídas geralmente por náilon ou vidro. Quando um sinal luminoso é lançado nesses fios, a luz percorrerá a estrutura com velocidade próxima à que desenvolve no vácuo e, ao se chocar com a superfície de separação vidro/ar, não sofrerá refração, pois, o ângulo de incidência do raio de luz será sempre superior ao do ângulo limite, devido à espessura mínima do fio. Como consequência, haverá o fenômeno indicado corretamente na alternativa:

a) difusão;

b) interferência;

c) dispersão;

d) refração;

e) reflexão total.

Questão 2

(Unirg-TO) A fibra óptica é um filamento extremamente fino e flexível, feito de vidro, plástico ou outro isolante elétrico, muito utilizada nos exames médicos (endoscopias) ou nas telecomunicações, entre outras aplicações possíveis. A luz que incide em uma das extremidades de uma fibra óptica percorre seu interior como representado na figura a seguir.

O princípio físico de funcionamento de uma fibra óptica está representado no esquema a seguir. Nele, o retângulo representa a fibra óptica e os segmentos de reta indicam um feixe de luz, que, a partir do ar no lado esquerdo da fibra, incide sobre sua extremidade, percorre seu interior e sai na extremidade direita.

Nesse esquema, são observados os seguintes fenômenos ópticos:

a) difração e reflexão total.

b) difração e interferência.

c) refração e reflexão total.

d) refração e interferência.

Mais Questões
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