Trabalho de fisica passagem da luz do ar para água e vece-versa

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  • Publicado : 5 de outubro de 2012
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Por que a luz se desvia ao passar de um meio transparente para outro?
Desde o século 19 já se sabia que a luz é uma forma de onda que se propaga com alta velocidade. Mas, essa velocidade depende do meio por onde a luz está se propagando. No ar, a velocidade da luz é quase 300.000 quilômetros por segundo. No interior de um vidro transparente ela se reduz a uns "meros" 200.000 km/s. É essamudança de velocidade que faz o feixe de luz se desviar ao passar do ar para o vidro.
O astrônomo John Herschell explicou esse desvio com uma analogia engenhosa. Ele comparou a onda de luz a uma formação de soldados que passa de um chão rijo (asfalto) para outro mais frouxo (areia). É claro que na areia a velocidade das fileiras de soldados fica reduzida. O resultado disso é duplo: a distância entreas fileiras fica menor e a direção da marcha é desviada. Analogamente, ao passar do ar para o vidro, por exemplo, onde sua velocidade se reduz, a onda de luz se desvia e a distância entre as cristas ( o chamado "comprimento de onda") fica menor. P>
A figura ao lado esquematiza esse desvio da luz ao passar do ar para o vidro. A reta imaginária, perpendicular à superfície de separação entre osdois meios, chama-se "normal".
Há uma relação simples entre o ângulo A que o feixe faz com a normal no ar, e o ângulo B, que faz com a normal no vidro. Na verdade, essa relação relacional os SENOS desses dois ângulos. Ela é:
sen A / sen B = velocidade da luz no ar / velocidade da luz no vidro.
Usando os valores vistos na figura, achamos
sen A / sen B = 1,5.
Esse número (1,5) vai aparecerna próxima seção e será batizado de "índice de refração". A relação acima é chamada de LEI de SNELL.
O grande matemático Pierre de Fermat concebeu uma explicação para essa relação. Digamos que uma onde de luz vá do ponto A (no ar) até o ponto B (no vidro). Qual será a trajetória seguida pela luz? Existe, é claro, uma infinidade de caminhos possíveis. Três deles são mostrados nessa figura. Seráque a luz vai pelo caminho (1), que é uma linha reta sem desvios? Esse, é claro, é o caminho mais curto entre A e B. Ou será que vai pelo caminho (2) no qual passa mais tempo no ar, onde sua velocidade é maior?
Resposta: o caminho é aquele que segue a Lei de Snell, vista acima. Na figura, é a trajetória (3). Fazendo as contas, verifica-se que esse caminho é aquele no qual a luz gasta o menortempo para ir de A até B. Qualquer outra opção seria mais demorada. Essa é a essência da explicação de Fermat. E vale em qualquer situação, isto é, a luz sempre percorre uma trajetória de tempo mínimo (não de distância mais curta).
Vale a pena voltar ao caso da marcha dos soldados (veja de novo a figura, se quiser). Se os soldados quisessem forçar a marcha sem desviar ao passar do asfalto para aareia, iriam, na verdade, se atrasar. O caminho que faz um desvio que depende da relação entre as velocidades nos dois pisos (Lei de Snell), não é o mais curto mas é o que economiza mais tempo.
Vimos, na seção anterior, que um feixe de luz que sai da água para o ar se afasta da normal. Na figura ao lado, o feixe (AO) vem da água com um ângulo de 40o com a normal. Ao passar para o ar, se desvia epassa a fazer um ângulo de 60o com a normal (OB). Se o ângulo na água for aumentando, o ângulo no ar também aumenta. Quando o ângulo na água chega a 49,75o (CO), o ângulo do feixe no ar passa a ser 90o (OD), isto é, o raio de luz sai rasante à superfície da água. Esse ângulo de 49,75o é o ângulo crítico para a luz que sai da água para o ar. E, se a incidência se der com um ângulo maior que o ângulocrítico, 60o (EO), por exemplo? Nesse caso, toda a luz se reflete na superfície e volta para a água (OF). Isso se chama de reflexão total.
Nessa animação a luz vai de baixo para cima, da água para o ar.
Observe que, quando o ângulo é menor que o ângulo crítico, a luz se reflete e se transmite, ao mesmo tempo. Mas, quando o ângulo é maior que o ângulo crítico, toda a luz se reflete. É por...
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