Luz – Refração, Reflexão, Meios de Propagação e Leis da Refração

Até hoje, a natureza do que se costuma chamar de luz é pouco compreendida pelos físicos, mas grande parte dos fenômenos luminosos pode ser estudada admitindo que a luz seja uma propagação ondulatória com todas as propriedades características desse tipo de propagação.

Iremos estudar, a seguir, a luz, quais são seus meios de propagação e como funciona a refração e reflexão da mesma. Só aqui no Gestão Educacional!

Princípios da ótica geométrica

O traçado dos raios da luz se fundamenta em três princípios:

• Princípio da propagação retilínea: em meios homogêneos a luz se propaga em linha reta. No caso abaixo, a luz só atravessa os antepassos quando os orifícios estão na mesma reta.

• Princípio da reversibilidade: a trajetória dos raios não depende do sentido de propagação. Portanto, podemos ver uma pessoa através de um espelho quando a pessoa nos vê através dele também.

• Princípio da independência dos raios de luz: cada raio de luz se propaga independente dos demais. Ou seja, um raio se propaga como se os outros não estivessem ali.

Existem duas interessantes aplicações desses três princípios:

• Ângulo visual: as dimensões de um corpo dependem do ângulo visual pelo qual o corpo é visto. Por isso, quando caminhamos em direção a uma árvore, seu tamanho aumenta. Na imagem abaixo, como a garrafa está mais próxima da nossa visão, ela parece maior.

O princípio da propagação retilínea nos mostra dois conceitos: sombra e penumbra. Uma fonte pontual de luz, como uma lanterna, só gera sombra. Enquanto isso, fontes extensas, como o Sol, ou várias fontes pontuais, geram sombra e penumbra. A região que não recebe nenhuma luz é chamada de sombra e a região que recebe algum tipo de luz é chamada de penumbra.

Reflexão da luz: o que é?

A característica mais importante da reflexão da luz é a de tornar iluminado qualquer corpo, transformando-o em fonte de luz, o que torna os corpos visíveis.

Essa reflexão é quase sempre difusa, ou seja, não possui uma certa regularidade, devido à superfície dos corpos serem irregulares. Enquanto isso, superfícies polidas produzem reflexão regular.Como a luz pode se propagar em todas as direções, são enunciadas duas leis para o estudo de sua reflexão:

• O raio incidente (i), a normal (N) à superfície refletora e o raio refletido (r) estão no mesmo plano;
• O ângulo de incidência (i) é igual ao ângulo de reflexão (r).

Refração da luz: o que é?

Quando miramos um laser em um recipiente com água, o seu feixe “muda de lugar”, ou seja, parte da luz incidente se refrata ao passar do ar para a água. Essa é a principal característica da refração.  O mesmo princípio é a causa que faz a imagem da colher se refratar quando a colocamos em um copo com água.

Para entendermos porque isso ocorre, devemos ter em mente que esse tipo de fenômeno acontece quando temos dois meios diferentes (como é o caso da água e do ar).

Quando os raios de luz atravessam a linha divisória desses dois meios de forma obliqua (não faz 90° com a superfície), a direção de propagação da luz sofre um desvio ao atravessar a divisão dos meios. Isso é a refração.

Leis da refração

• Lei da Reflexão

Como dissemos acima, o ângulo de incidência (i) é igual ao ângulo de reflexão (r). O raio incidente e o raio refratado estão no mesmo plano.

• Segunda Lei da Refração

Até então, as leis continuaram iguais às que já aprendemos em ondas. Porém, agora vamos tratar do índice de refração, que é a constante que depende dos meios que a luz atravessa.

O índice de refração do meio n₂ em relação ao meio n₁ é dado por:Observe que a refração e a reflexão existem simultaneamente. Porém, a reflexão da luz tem intensidade menor que o raio refratado, por isso nem sempre é visível.

Por fim, escrevemos também o índice de refração entre dois meios como a razão entre a velocidade da luz no meio 1 e a velocidade da luz no meio 2. A Segunda Lei da refração é então expressa por:Obtendo então o índice de refração relativo (n₂₁).

No vácuo, a luz atinge a sua velocidade máxima. Nesse caso, temos o índice de refração absoluto, que é quando a luz passa do vácuo para determinado meio. O índice de refração absoluto desse meio é dado por:Tabelas podem fornecer esse índice:Podemos também escrever a lei da refração que vimos acima com os índices de refração absolutos dos dois meios.Em que n1 e n2 são os índices de refração dos dois meios.

A relação deles com o índice de refração relativo pode ser dada por:

Meios de propagação da luz

• Meio transparente: um objeto atrás dele pode ser visto com clareza, como é o exemplo do vidro, do ar, etc.;
• Meio translucido: não conseguimos observar com nitidez o objeto que está atrás dele, pois a propagação da luz ocorre de forma irregular. O papel vegetal e o vidro fosco são exemplos de meios translúcidos;
• Meio opaco: não permite a propagação da luz, então o observador não consegue ver o que tem atrás dele. A madeira, o tijolo, entre outros objetos se encaixam nessa categoria.