A luz não viaja com a mesma velocidade no ar, vidro e água. A velocidade da luz no ar é 3 x 10 6 m/s. Na água é 2,25 × 10 8 m/s e no vidro é 2 x 10 8 m/s. Isso ocorre porque o vidro é opticamente mais denso que a água e a água é opticamente mais densa que o ar. Diz-se que um meio é mais denso se a velocidade da luz diminui e é mais raro se a velocidade da luz aumenta.
A luz viaja em linha reta em um meio. mas quando um raio de luz viajando em um meio transparente cai obliquamente na superfície de outro meio transparente, ele viaja em outro meio em um caminho reto, mas diferente de sua direção inicial. A mudança na direção do caminho da luz quando ela passa de um meio transparente para outro é chamada de refração da luz.
Um raio de luz caindo na superfície que separa dois meios. \(\angle i\) é o ângulo de incidência entre o raio incidente e a normal e \(\angle r\) é o ângulo de refração entre o raio refratado e a normal. Desvio é o ângulo entre a direção do raio refratado e a direção do raio incidente. Portanto, \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
A refração da luz obedece a duas leis conhecidas como leis de refração de Snell.
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
Nota: Nenhum meio pode ter um índice de refração menor que 1.
Índice de refração (µ) de algumas substâncias comuns
| Substâncias | µ | Substâncias | µ |
| Vácuo | 1,00 | Ar | 1,00 |
| Gelo | 1,31 | Água | 1,33 |
| Álcool | 1,37 | Glicerina | 1,47 |
| Vidro comum | 1,5 | Querosene | 1,41 |
Questão 1: Quais são as condições para um raio de luz passar sem desvio na refração.
Solução: Existem duas condições - (1) quando o ângulo de incidência é igual a 0. (2) Quando o índice de refração de ambos os meios é o mesmo.
Princípio da reversibilidade Se o índice de refração do meio 2 em relação ao meio 1 é \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) e o índice de refração do meio 1 em relação ao meio 2 é então \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) , então \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) ou podemos dizer \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
Pergunta 1: Se o índice de refração do vidro em relação ao ar é 3/2, então qual é o índice de refração do ar em relação ao vidro?
Solução: a µ g = 3/2, portanto g µ a é \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\) .
Velocidade: Quando um raio de luz é refratado de um meio mais raro para um meio mais denso, a velocidade da luz diminui, enquanto se for refratado de um meio mais denso para um meio mais raro, a velocidade da luz aumenta.
Frequência: A frequência da luz depende da fonte de luz, por isso não muda na refração.
Comprimento de onda: A velocidade da luz v em um meio, o comprimento de onda da luz λ nesse meio e a frequência da luz f estão relacionados como v = fλ.
Quando a luz passa de um meio mais raro para um meio mais denso, o comprimento de onda diminui e quando a luz passa de um meio mais denso para um meio mais raro, o comprimento de onda aumenta.
(1) A profundidade da água em uma embarcação, quando vista do ar, parece ser menor
A profundidade real é OS. Um raio de luz partindo do ponto O caindo verticalmente na superfície água-ar, viaja em linha reta ao longo de SA. Outro raio OQ incidente na superfície água-ar no ponto Q quando passa para o ar, desvia-se da normal NQ e percorre o caminho QT. Quando o raio QT é produzido de volta, os dois raios refratados se encontram no ponto P. Assim, P é a imagem de O. Assim, para o observador, a profundidade do vaso parece ser SP em vez de SO devido à refração da luz da água para o ar .
(2) Nascer do sol cedo e pôr do sol tardio
(3) Miragem no deserto
Às vezes, em desertos, uma imagem invertida de uma árvore é vista, o que dá uma falsa impressão de água sob a árvore. Isso se chama miragem. A causa da miragem é devido à refração da luz. Como no deserto, a areia aquece muito rapidamente, por isso a camada de ar que está em contato com a areia é aquecida. Como resultado, o ar próximo ao solo é mais quente do que as camadas de ar superiores. Em outras palavras, as camadas superiores são mais densas do que as inferiores! Quando um raio de luz do sol após a reflexão do topo de uma árvore viaja da camada mais densa para a mais rara, ele se afasta do normal. Assim, na refração na superfície de separação de camadas sucessivas, a cada vez o ângulo de refração aumenta e o ângulo de incidência do raio que vai do mais denso para o mais raro também aumenta até atingir 90°. Ao aumentar ainda mais o ângulo de incidência da camada mais densa para a mais rara sofre reflexão completa e agora a luz refletida viaja do meio mais raro para o mais denso, portanto, inclina-se para a normal em cada refração. Ao atingir o olho do observador é vista uma imagem invertida da árvore.
Quando o raio incidente AB incide sobre uma placa de vidro, ele incide no ponto de incidência B. O raio AB entra do ar para o vidro, então ele se inclina em direção à normal e segue o caminho BC. Quando o raio refratado BC atinge novamente a superfície do vidro no ponto C, ele se afasta da normal à medida que o raio viaja do vidro para o ar e segue o caminho CD. O raio emergente CD é paralelo ao raio incidente AB. Assim, o raio emergente e o raio incidente estão na mesma direção, mas deslocados lateralmente.
Um prisma é um meio transparente delimitado por cinco superfícies planas com seção transversal triangular. Duas superfícies opostas do prisma são triângulos idênticos, enquanto as outras três superfícies são retangulares e inclinadas uma sobre a outra.
Quando um raio de luz de cor única incide sobre a superfície inclinada do prisma, o raio incidente PQ incide sobre a face do prisma, ele viaja do ar para o vidro, então se curva em direção à normal e percorre o caminho QR. Quando o raio QR refratado atinge a face do prisma em R ocorre outra refração. Agora, o raio QR entra do vidro para o ar, de modo que se desvia da normal e viaja na direção RS. Assim, ao passar pelo prisma, o raio de luz se inclina em direção à base do prisma.
