Refração da luz
Já reparaste que uma palhinha num copo de água parece «partida» na superfície? A palhinha está inteira. Então, o que é que a luz fez para te enganar? Vamos descobri-lo.
A luz muda de direção
No vazio e num meio uniforme, a luz propaga-se em linha reta. Mas, quando passa de um meio transparente para outro (por exemplo, do ar para a água), a sua velocidade muda. E, se o raio de luz chega de forma inclinada, a mudança de velocidade faz o raio mudar de direção.
Para descrever o fenómeno, desenha-se uma reta imaginária perpendicular à superfície de separação, no ponto onde o raio chega: a normal. Os ângulos medem-se sempre em relação à normal:
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ângulo de incidência ($i$): entre o raio incidente e a normal;
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ângulo de refração ($r'$): entre o raio refratado e a normal.
No lanche, a Matilde colocou uma palhinha num copo com água e reparou que ela parecia dobrada na superfície da água, como mostra a figura. a) Explica, com as tuas…
No lanche, a Matilde colocou uma palhinha num copo com água e reparou que ela parecia dobrada na superfície da água, como mostra a figura.
- a) Explica, com as tuas palavras, por que razão a palhinha parece dobrada na superfície da água, sabendo que a luz se propaga a velocidades diferentes no ar e na água.
- b) A que fenómeno ótico se chama a mudança de direção que a luz sofre ao passar de um meio para outro?
- c) Um peixe visto de cima, dentro de um aquário, parece estar mais perto da superfície do que está na realidade. Explica esta observação relacionando-a com o que aconteceu à palhinha.
Porque é que o raio se desvia
A luz não tem a mesma velocidade em todos os meios. A tabela mostra valores aproximados:
| Meio | Velocidade da luz |
|---|---|
| Ar | 300 000 km/s |
| Água | 225 000 km/s |
| Vidro | 200 000 km/s |
Imagina uma fila de pessoas a andar de mão dada, que passa do alcatrão para a areia. A primeira a pisar a areia abranda, enquanto as outras continuam depressa. A fila «vira». Com a luz acontece o mesmo: a parte do raio que entra primeiro no novo meio muda de velocidade antes da outra, e o raio roda.
A velocidade de propagação da luz depende do meio. O quadro seguinte apresenta valores aproximados para alguns meios. | Meio | Velocidade da luz |…
A velocidade de propagação da luz depende do meio. O quadro seguinte apresenta valores aproximados para alguns meios.
| Meio | Velocidade da luz |
|---|---|
| Ar | 300 000 km/s |
| Água | 225 000 km/s |
| Vidro | 200 000 km/s |
- a) Um raio de luz passa do ar para a água. Aproxima-se ou afasta-se da normal ao entrar na água? Justifica com base nos valores do quadro.
- b) E se o raio passar do vidro para o ar, aproxima-se ou afasta-se da normal? Justifica.
- c) Em qual das situações seguintes o desvio do raio é maior: da água para o vidro ou do ar para o vidro? Justifica, comparando as variações de velocidade.
Refração no dia a dia
Vemos um objeto porque a luz que ele reflete chega aos nossos olhos. Quando essa luz sai da água para o ar, afasta-se da normal. O cérebro supõe que a luz veio em linha reta, e por isso «vê» o objeto numa posição diferente da real.
Por isso:
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a palhinha parece dobrada: a parte dentro de água é vista noutra posição;
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um peixe num aquário parece estar mais perto da superfície do que realmente está;
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uma piscina parece menos funda do que é.
De volta ao início: a palhinha não está partida; a luz que vem da parte submersa muda de direção ao passar da água para o ar.
Em resumo
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Refração é a mudança de direção da luz ao passar de um meio para outro, porque a velocidade muda.
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Os ângulos medem-se em relação à normal: $i$ (incidência) e $r'$ (refração).
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Se a luz abranda, aproxima-se da normal; se acelera, afasta-se.
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Com incidência perpendicular não há desvio. Quanto maior a diferença de velocidades, maior o desvio.
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A refração explica a palhinha «dobrada» e o peixe que parece mais perto da superfície.