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Refração | Parte I

Nesta videoaula tratamos da decomposição da luz pelo processo de refração. Para tanto nos apoiamos no processo de formação do arco-íris e na decomposição da luz pela passagem de prismas.

Transcrição de vídeo

RKA - E aí, pessoal, tudo bem? Nessta aula, nós vamos estudar a refração da luz. Mas antes disso, nós precisamos entender a composição da mesma. E você sabia que a luz branca que vem do Sol é composta, na verdade, de várias cores? Isso significa que em um raio de luz branco existem as cores vermelho, amarelo, verde, azul, violeta e outras cores. E quem descobriu isso foi o cientista inglês Isaac Newton, em 1666. Você já ouviu falar no prisma de Newton? Então, o que Newton fez foi colocar um raio de luz branca ou solar incidindo nesse prisma. Então, aqui, a luz solar. E ele percebeu que saíram do prisma várias cores. Então, aqui, os raios de luz que saíram do prisma. Esses raios aqui... Aqui, os raios saindo do prisma. Entre elas, o vermelho, o alaranjado, o amarelo, o verde, o azul e o violeta. E com isso, ele descobriu que a luz branca é composta de várias cores. É mais ou menos esse o prisma de Newton. E graças a isso, nós podemos entender fenômenos como esses aqui ao lado, ou seja, graças à incidência da luz nas coisas, nos objetos, nós podemos ver as cores. Você pode até olhar nestas duas imagens aqui. Aqui nós temos os raios de luz batendo na árvore, nas folhas, e, graças a isso, nós podemos ver a cor verde. Agora, quando nós temos a ausência de luz branca ou do Sol, não conseguimos ver os objetos. Observe nessa imagem que estão começando a ficar sem cor as coisas. E uma coisa interessante é que quando a luz passa de um meio material para o outro meio, ocorrem duas coisas: a primeira é que a velocidade da luz muda, ou seja, aqui nós temos uma velocidade quando a luz está se propagando no ar e quando ela passa para dentro do prisma, ela sofre uma variação de velocidade. E a segunda é que quando a incidência não é oblíqua, a direção da propagação também muda, isso é, o raio incidente não forma 90 graus com a superfície de incidência. E no caso, a nossa superfície é o prisma, e o raio não está batendo perpendicularmente a ele. Isso significa que a direção da propagação vai mudar e a passagem da luz de um meio para o outro nós chamamos de "refração". Então, a refração nada mais é do que a passagem da luz de um meio para o outro, ou seja, é um fenômeno óptico em que ocorre a alteração da velocidade da luz em virtude da mudança de propagação. E nós podemos ver algumas miragens causadas por essa refração aqui nessas imagens. Você pode olhar aqui algumas imagens e perceber algumas aplicações de refração. Por exemplo, nesse copo, parece que nós temos dois palitos. Isso porque a luz está passando de um meio, que é o ar, para o outro, que é a água. Então, isso é causado pela refração. Eu tenho essas outras imagens que mostram bem isso. Eu acho que essa aqui mostra até melhor a refração. Você tem um laser e parte é refletido e outra é refratado, ou seja, aqui nós passamos de um meio para outro e nós tivemos refração. E como dissemos anteriormente, quando mudamos o meio, a luz altera sua velocidade de propagação, não é? Isso, de certa forma, é até esperado, porque quando aumentamos a densidade de um meio, maior será a dificuldade de propagação nele, correto? E, por isso, os fótons realizam sucessivas colisões com as partículas do meio, provocando um atraso. Isso é, reduzindo a sua velocidade. O que eu quero dizer é que, nesse prisma, nós temos mais densidade, e, com isso, reduzimos a velocidade. Pensando nisso, nós podemos até calcular o índice de refração. Ou seja, quando eu estou calculando o índice de refração, quero descobrir se quando a luz passa de um meio para o outro, a sua velocidade aumenta ou diminui devido às diferenças das estruturas atômicas das duas substâncias. Então, eu posso dizer que o índice de refração é: quanto a sua velocidade vai alterar devido à mudança de meio. E esse índice de refração pode ser absoluto ou relativo, sendo que o absoluto é medido em relação à velocidade da luz no vácuo e nós podemos chamar esse índice de "n". Sabemos que esse índice de refração é igual à velocidade da luz no vácuo dividido pela velocidade da luz no meio em questão, sendo que "c" é a velocidade da luz no vácuo. E nós sabemos que "c" é igual a 3 vezes 10 elevado a 8 metros por segundo. Então, basicamente, se eu quero calcular o índice de refração, eu pego a velocidade da luz no vácuo e divido pela velocidade da luz no meio em questão. Observem que quanto maior a velocidade da luz nesse meio, menor vai ser o índice de refração. Então, se eu vou aumentando a velocidade da luz no meio, eu vou diminuindo o índice de refração. E qual é o maior valor que esta velocidade pode assumir? O maior valor é quando a luz se propaga no vácuo, portanto a maior velocidade no meio seria quando a luz estivesse se propagando no vácuo. Portanto, o maior índice de refração possível seria quando a velocidade no meio em questão fosse igual à velocidade da luz. Portanto, nós teríamos que "n" é igual a "c sobre c", que é igual a 1, ou seja, o índice de refração no vácuo é igual a 1. E, muitas vezes, nós também consideramos esse valor para o ar, isso porque a velocidade da luz no ar é muito próxima dessa velocidade aqui. E quando nós temos um índice de refração absoluto muito grande, significa que é mais difícil a luz se propagar, ou seja, quanto maior o índice de refração absoluto, mais denso é o meio. Mais denso é o meio. Outra coisa bastante importante é que esse índice de refração absoluto nunca pode ser menor do que 1. Para isso ficar bem claro, a maior velocidade que nós podemos ter aqui é quando a velocidade da luz no meio é igual à velocidade da luz no vácuo, que dá o índice de refração igual a 1, portanto esse índice absoluto nunca pode ser menor do que 1. Agora, sobre o índice de refração relativo, podemos dizer que é o índice de um meio em relação a outro, ou seja, é a razão entre os índices dos meios. E se eu estou falando de razão, então, o índice relativo de 1 em relação a 2 é igual ao índice de refração do primeiro meio dividido pelo índice de refração do segundo meio. E como nós sabemos, o índice de refração de um meio pode ser calculado como a velocidade da luz dividido pela velocidade da luz naquele meio, ou seja, "c sobre v1", e eu posso dividir isso pelo índice de refração desse segundo meio, que é a mesma coisa que a velocidade da luz no vácuo dividido pela velocidade da luz nesse segundo meio. Nós sabemos que, em uma divisão de fração, nós repetimos a fração de cima e multiplicamos invertendo a segunda fração. E aí, eu posso cancelar essa velocidade da luz no vácuo com essa velocidade da luz no vácuo. E chegamos à conclusão de que o índice de refração relativo é a mesma coisa que a velocidade da luz no segundo meio dividido pela velocidade da luz no primeiro meio. Eu espero que vocês tenham entendido isso. Até a próxima, pessoal.