Resumo teórico – Refração da Luz

Conceitos importantes anteriores à refração da luz podem ser encontrados em outros resumos teóricos.

1.Definição de Refração:

Alteração na velocidade de propagação da luz devido à mudança do meio material a qual propagava anteriormente.

2. Elementos da refração da luz:

a) Os elementos:

Elementos da refração da luz

θi = ângulo de incidência (ângulo formado pelo raio incidente e a reta normal)
θr = ângulo de refração (ângulo formado pelo raio refratado e a reta normal)
n1 = Índice de refração do meio 1
n2 = Índice de refração do meio 2
A refração possui uma grandeza física que caracteriza a capacidade da luz se propagar em um meio quando comparado a outro meio de propagação. Essa grandeza chama-se Índice de Refração (n).

b) Índice de Refração Absoluto:

Trata-se de comparar a velocidade da luz em um meio qualquer com a velocidade da luz no vácuo (que é a máxima velocidade alcançada pela luz no universo).
n=\frac{c}{v_{meio}}
Onde:

c = velocidade da luz no vácuo = 3.10^{8} m/s

Observações importantes:
I) n = 1 para o vácuo e para o ar;
II) n > 1 para os demais meios ópticos;
III) Quando compara-se dois índices de refração, diz-se que o meio que possui o maior valor de n é o meio mais refringente e o meio que possui o menor valor de n é o meio menos refringente;
IV) O índice de refração é uma grandeza adimensional (ou seja, não possui unidade de medida).

c) Índice de Refração Relativo:

Trata-se de comparar a velocidade da luz em um meio qualquer com a velocidade da luz em um outro meio que não seja o vácuo.
n_{B,A}=\frac{v_{A}}{v_{B}}
Onde: nB,A = índice de refração do meio B em relação ao meio A
Observação: geralmente é pouco utilizado o Índice de Refração Relativo.

3. Leis da Refração:

1ª Lei:

O raio de luz incidente, o raio de luz refratado e a reta normal pertencem a um mesmo plano.

2ª Lei (Lei de Snell-Descartes):

É a lei da refração que relaciona as grandezas geométrica e física
\mathit{n_{inc}\cdot \sin \left ( \theta _{inc} \right )=n_{ref}\cdot \sin \left ( \theta _{ref} \right )}
ninc = Índice de refração do meio incidente
nref = Índice de refração do meio refratado

4. Comportamento dos raios na refração da luz:

  • Raio de luz sai do meio MENOS refringente e vai para o meio MAIS refringente: o raio refratado se aproxima da reta normal.
Meio MENOS refringente para o meio MAIS refringente
  • Raio de luz sai do meio MAIS refringente e vai para o meio MENOS refringente: o raio refratado se afasta da reta normal
Meio MAIS refringente para o meio MENOS refringente

5. Reflexão total:

Quando o raio de luz sai de um meio mais refringente e vai para um meio menos refringente, há a possibilidade de, em algum momento, obter-se um ângulo de refração igual a 90°. Quando isso ocorre, diz-se que o ângulo incidente (que gerou tal situação) é o Ângulo Limite.
O seno do ângulo limite é determinado pela seguinte equação:
\sin \hat{L}=\frac{n_{MENOS}}{n_{MAIS}}

Onde: nMENOS = índice de refração do meio menos refringente

nMAIS = índice de refração do meio mais refringente

Se o ângulo de incidência for superior ao ângulo limite, tem-se que ocorrerá o fenômeno da reflexão total, ou seja, o raio de luz não consegue atravessar a superfície de separação dos meios e permanece no meio ao qual incidiu a luz.
Exemplo: raio de luz saindo da água e indo para o ar.

Ângulo Limite entre Água e Ar

 
Reflexão Total

Neste caso o ângulo limite é 48,6°

6. Assuntos raros de aparecer nos vestibulares modernos:

a) Lâminas de faces paralelas:

Uma lâmina de um determinado meio A é imersa em um meio B.

Lâmina de face paralela

Nos vestibulares das décadas de 80 e 90, costumava-se pedir para determinar o desvio do raio de luz quando passava por essa lâmina, o qual é determinado pela seguinte equação:
d=\frac{e\cdot \sin \left ( i-r \right )}{\cos r}

b) Prisma:

Um prisma de um determinado material é capaz de separar a luz branca, conforme pode ser visto na figura a seguir:

Prisma óptico – Fonte: Depositphotos

Nos vestibulares das décadas de 80 e 90, costumava-se pedir para determinar o desvio angular do raio de luz quando passava por esse prisma, o qual é determinado pela seguinte equação:

D=i_{1}+i_{2}-A

Comportamento do raio de luz em um prisma

7. Exercício de Aplicação de Refração da Luz:

(Unesp 2017) Dentro de uma piscina, um tubo retilíneo luminescente, com 1 m de comprimento, pende, verticalmente, a partir do centro de uma boia circular opaca, de 20 cm de raio. A boia flutua, em equilíbrio, na superfície da água da piscina, como representa a figura.

Unesp 2017 – 1ª Fase

Sabendo que o índice de refração absoluto do ar é 1,00 e que o índice de refração absoluto da água da piscina é 1,25, a parte visível desse tubo, para as pessoas que estiverem fora da piscina, terá comprimento máximo igual a
A) 35 cm.
B) 85 cm.
C) 65 cm.
D) 15 cm.
E) 45 cm.
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