Objetivos
Investigar o comportamento e
característica da luz quando ela é desviada entre dois meios diferentes devido
ao fenômeno de refração. Estas propriedades e características são igualmente
válidas para todas as ondas eletromagnéticas e também para ondas sonoras.
Verificar, através do uso de simulação virtual, a validade
da lei de Snell.
A Figura 1 mostra a área de trabalho da simulação
Reflexão e Refração da luz. Clique sobre a imagem para acessar a simulação.
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Figura 1 – Área de trabalho da simulação Reflexão e Refração da luz
Explore
o comportamento da luz entre dois meios com diferentes índices de refração. Verifique como a alteração do ar para
a água e para o vidro muda o ângulo de refração, mas não o ângulo de reflexão.
Verifique o comportamento da luz através de prismas de diferentes geometrias.
Faça um arco-íris!
Reflexão
Atividades propostas:
Prática virtual:
Considerações
teóricas
No vácuo, a luz se propaga com
velocidade constante igual a c = 3 x 108 m/s. Em um meio material, a velocidade da luz v é reduzida de um fator n
= c/v. Nesse meio, outras propriedades da luz, como a freqüência de
oscilação, também são alteradas.
Reflexão
Quando uma
onda atinge uma interface entre dois meios diferentes, três eventos diferentes
podem ocorrer. A onda pode ser:
- Refletida - onda refletida pela interface
- Transmitida - onda transmitida de um meio para outro
- Absorvida - energia da onda é transferida para o meio sobre
o qual ela incide.
Nesta atividade, usaremos apenas materiais que não
absorvem luz, ou seja, a luz incidente é refletida e/ou transmitida.
Reflexão total
Quando a superfície é espelhar, a luz incidente
é totalmente refletida e o ângulo de incidência e de reflexão (Figura 2) são
iguais.
Figura 2 –
Reflexão da luz
Refração
O índice de refração (n)
indica a quantidade que a velocidade da luz diminui em um meio ao passar do vácuo
(ou ar) para esse meio, n = c/v,
onde c é a velocidade da luz e v é a velocidade da luz no meio com índice de
refração n.
No vácuo, a velocidade da luz é c = 3 x 108 m/s.
A quantidade de luz que é desviada ao atravessar dois meios
com diferentes índices de refração (n1
e n2) é dada pela lei de
Snell, ou lei da refração, senq1´ n1
= senq2 ´ n2.
A luz dobra na
direção da normal à superfície quando ela entra num meio com maior índice de
refração (material mais lento para a luz), como mostra a Figura 3.
Figura 3 - Raios incidente e refratado entre dois meios
Figura 3 - Raios incidente e refratado entre dois meios
1 Defina
ângulo de incidência e de reflexão da luz sobre uma superfície refletora. Qual
o ângulo de incidência e de reflexão na Figura 4 abaixo?
Figura 4 – Raios de luz incidente e refletido sobre um espelho.
Ângulo crítico
Quando um raio de luz passa de um meio n1
> n2, existe um ângulo de incidência crítico (qc), acima do qual a luz é refratada é razante (q2 = 90º), ou seja a luz é totalmente refletida. Determine qc da água/ar e outros pares de compostos disponíveis na simulação.
Vídeo: Lei de Snell
Prática virtual:
Figura 4 – Área de trabalho da simulação após clicar
em “More Tools”
Responda às questões com base nos
experimento virtual. Todas as suas respostas devem ser dadas com o suporte da
simulação. Deixe isso bem claro nas suas respostas.
Ao realizar a prática, use as ferramentas
que achar conveniente, disponíveis na caixa de ferramentas (“Tool box”).
- Verifique, usando diferentes pares
de materiais, que a luz incidente não é absorvida pelo meio.
- Verifique,
usando a simulação, a validade da relação n = c/v, medindo a velocidade da luz no
meio e obtendo o índice de refração do meio. Realize testes para
diferentes meios materiais, como água, vidro e meios “misteriosos” 1 e 2,
sugeridos na simulação.
- Após
obter os índices de refração dos meios misteriosos, pesquise na Internet
quais materiais correspondem esses meios misteriosos.
- O
que acontece com a velocidade da luz quando ela passa do ar para a água?
- Para
um dado ângulo de incidência, o ângulo de reflexão varia com o comprimento
de onda da luz? Mostre alguns valores testados.
- O
que acontece com o comprimento de onda da luz quando vai do ar para a
água?
Links:
1. Lei de Snell
