Física - Ondas e luz: Refração da luz

buenas o assunto do vídeo então é refração da luz refração não só da luz mas de qualquer onda ocorre quando há mudança no meio de propagação quando a luz ou a onda ela passa de um meio para outro algumas características da onda vão se modificar e a gente vai ver como é que isso acontece que cartic são modificadas Quando muda o meio de propagação se a mudança do meio de propagação uma das principais características que acompanha o meio de propagação que só depende do meio de propagação é a velocidade da onda se muda então o

meio de propagação muda a velocidade Aí está como a velocidade determinado por V = amb f a gente pode ver pela equação da onda que se mudou a velocidade ou o lambda ou a frequência ou o comprimento de onda ou a frequência tem que mudar como a frequência é uma característica fixa da onda é como se fosse uma impressão digital nenhum nenhuma nenhum fenômeno nada pode modificar a frequência da onda Então só pode mudar o comprimento de onda que acompanha a variação da velocidade então a mudança no meio de propagação além além de alterar a

velocidade altera modifica muda o comprimento de onda em algumas situações essa mudança do meio de propagação também pode provocar o desvio da trajetória de propagação da luz que é o que a gente consegue ver aqui nas figuras a gente consegue observar nessas figuras aqui ó do lápis Por que que a gente enxerga essa figura modificada na verdade o lápis não está aqui o lápis obviamente ele segue em linha reta por aqui né Vamos pegar uma cor um pouco mais escura para enxergar o lápis segue em linha reta Aqui para baixo a gente vê na verdade

a cor mais escura não aconteceu né só um pouquinho tá aqui o lápis ele vem reto aqui para baixo e a gente enxerga ele distorcido como se ele tivesse quebrado na verdade isso acontece porque a luz desviou essa trajetória ao mudar do meio de propagação que é a água para o ar outra coisa que a gente consegue perceber devido a à refração é a questão da profundidade da piscina conforme tu vai olhando para cá ó parece que a piscina ela vai ficando mais profunda Parece que lá no fundo ela mais Rasa isso acontece também por

causa da refração e uma outra figura essa aqui bastante interessante a gente vai entender passo a passo dessa figura mais adiante é o desvio de um raio de luz isso aqui é um feixe de laser que entra num Prisma provavelmente feito de acrílico ou de vidro e depois sai desse acrílico então ele sofre um desvio fica mais inclinado e depois retorna paraa sua posição original quando sai do vidro a gente vai entender também como é que isso acontece para conseguir entender bem a refração da luz e as mudanças os desvios que ela provoca na trajetória

do raio luminoso a gente tem que entender tem que saber conhecer o que que é o índice de refração como a velocidade da luz depende do meio de propagação é interessante defir um valor ter alguma maneira para comparar os diferentes meios e esse essa maneira essa forma de comparação se chama o índice de refração nada mais é do que uma comparação da velocidade da luz nos diferentes meios e como é que se calcula o índice de refração de um determinado meio material o índice de refração é calculado índice de refração letra N tá ele é

calculado dividindo a velocidade da luz no vácuo que é C que é a maior velocidade possível pra luz e para qualquer coisa no universo a gente sabe que a velocidade da luz é aproximadamente 3 x 10 na 8 m por segundo pega a velocidade da luz e divide pela velocidade da luz no meio em questão então aqui c é a velocidade da luz no vácuo e V é a velocidade da luz no meio específico essa é a equação que calcula o índice de refração para um determinado meio como c é o maior valor velocidade da

luz o índice de refração sempre vai dar um número maior do que um e quanto maior for o índice de refração menor vai ser a velocidade da luz naquele meio se diz então que o meio é mais refringente AZ é mais lenta naquele meio para vocês terem uma ideia o índice de refração da luz no ar ele é 1,003 porque no ar a velocidade da luz é muito parecida com a velocidade da luz no vácuo a velocidade da luz no vidro é bem menor o índice de refração da luz no vidro é em torno de

1,5 a 1,9 dependendo da densidade do vidro em geral a regra é que quanto mais denso o meio mais lenta é a luz mas já se produziram vidros menos com velocidade menor para luz mas a regra em geral que a gente vai aplicar é meio mais denso menor velocidade da luz e um extremo que é o índice de refração do diamante porque ele é um meio muito denso O diamante é muito denso então o índice de refração dele fica em torno de 2,42 o índice de refração não tem unidade porque eu tô dividindo aqui velocidade

da luz que é em met por seg por velocidade também que é met por segundo então isso aqui tudo vai se cancelar metos por segundo cancela met por segundo Então se diz que o índice de refração é uma grandeza adimensional então só para botar aqui o diamante desses três que a gente trouxe é o mais refringente é o que tem a menor velocidade da luz Portanto o maior índice de refração Bora entender então por que a luz sofre esse desvio na trajetória e o que que mais acontece enquanto ela desvia a sua trajetória vamos lá

então eu já tenho algumas figuras que eu já deixei pré-prontas aqui para facilitar a nossa vida e com isso a gente vai conseguir entender melhor eu só vou diminuir um pouco aqui para fazer espaço isso aqui Vem para cá e agora sim primeira situação Vamos definir algumas coisas aqui beleza fechou todas bom esse caso um aqui vamos chamar de caso um a luz tá indo do Meio menos refringente pro mais refringente então se V definir aqui o índice de refração n1 do meio e o índice de refração do me2 n2 a relação é simples aqui

N1 é menor que n2 Ou seja a velocidade da luz no meio um é maior do que no meio do tranquilo até aí o que que acontece o que que é esse desenho para começar vamos entender bem isso aqui isso aqui são frentes de onda para não ficar representando a onda em forma de seno para facilitar a nossa visação eu representei aqui o raio que tem propagação retilínea a luz se propaga em linha reta e a onda que tem forma de seno eu representei por frente de ondas cada pico é uma dessas retas a distância

entre as retas Cume ende então o comprimento de onda lambda Ok então a luz incide com um certo ângulo em relação à reta normal o que que é a reta normal a reta normal é essa linha pontilhada preta aqui que dá a orientação da superfície é através da reta normal que eu vou comparar o desvio da luz então aqui está a reta normal a luz em inu em linha reta só que obliquamente com o ângulo que a gente vai chamar de teta 1 o que acontece quando a luz tá incidindo aqui tá a linha que

separa os dois meios o meio um do Meio Dois isso aqui poderia ser muito bem o ar e a água tá pode ser um exemplo assim esse aqui é o ar e aqui embaixo a gente tem água certo quando a luz incide obliquamente na na superfície que separa os meios as frentes de onda não vão incidir de forma simétrica essa parte aqui da onda vai incidir antes do que essa parte ela vai sofrer um desvio uma diminuição na sua velocidade porque esse meio do é mais refringente a luz é mais lenta aqui então essa parte

da onda desacelera antes do que essa parte e isso faz com que ela desvie que ela faça este movimento aqui e por isso que ela vai sofrer esse desvio se diz então que o raio se aproxima da normal o ângulo em relação à normal diminui então teta 2 ou teta 1 é ele é maior que teta 2 teta 1 é maior que teta 2 o ângulo teta entre o raio incidente e a normal diminuiu Aqui nós temos o raio refratado pós refração e esse ângulo aqui diminuiu pode ver que ele está mais afastado da normal

antes da refração e tá mais próximo da normal pós refração outra coisa que a gente consegue observar é o seguinte a velocidade diminuiu isso a gente não consegue ver mas a gente sabe pela questão dos índices de refração mas o que a gente consegue perceber pelo desenho é que o comprimento de onda diminuiu a distância entre duas frentes de onda que é o comprimento de onda está menor isso Por quê de novo daquela relação que tá aqui no cantinho ó V = L F como o comprimento de onda e a velocidade são diretamente proporcionais a

frequência não pode mudar se a velocidade mudou foi porque o comprimento de onda mudou e como eles são diretamente proporcionais se a Velocidade diminui diminui também o comprimento de onda a luz além de ficar mais lenta ela fica com menor comprimento de onda então o comprimento de onda LAMB 1 ele é maior que o comprimento de onda LAMB 2 Então esse é o conjunto de características de uma refração de um meio menos refringente para um meio mais refringente o índice de refração aumenta e todo o resto diminui diminui a Velocidade diminui o ângulo em relação

à reta normal e diminui o comprimento de onda vamos ver o segundo caso então o caso em que é justamente a situação invertida em relação o nosso primeiro aqui agora a onda vai passar do Meio mais refringente pro meio menos refringente então a sua velocidade vai aumentar então tá aqui agora a gente tem o seguinte vamos chamar esse aqui de meio um esse aqui é o me2 n2 o índice de refração n1 ele é maior que n2 então o meio é o mais refringente a onda é mais devagar no meio um então invertendo os papéis

aqui essa superfície de cima esse meio é a água comparando com o nosso primeiro né esse aqui pode ser a água e esse aqui de baixo o ar a linha preta é a superfície que separa a água do ar então o que que vai acontecer aqui agora a gente vai ver o seguinte a onda vem a onda incidente o raio incidente vem com um certo ângulo teta 1 em relação a normal o que que vai acontecer quando esse raio trocar de meio essa parte aqui vai entrar primeiro no meio mais rápido então ela vai sofrer

uma aceleração essa parte aqui vai andar mais rápido enquanto essa parte aqui tá devagar Então a onda vai fazer este movimento aqui ela vai ganhar velocidade de maneira não simétrica e por isso que ela vai sofrer esse desvio ela vai agora se afastar da normal o ângulo teta em relação à normal ele vai aumentar então do Meio um pro meio do que que vai acontecer o ângulo Teta vai aumentar então teta 1 é menor que teta 2 o ângulo aumentou Aumenta também a velocidade porque o me2 ele é menos refrigente então aument a velocidade da

onda a velocidade do Meio um é menor que no meio do e se Aumentou a velocidade pelo pela mesma proporção tem que aumentar o comprimento de onda então o comprimento de onda 1 é menor que o comprimento de onda 2 A gente pode ver que em relação à nossa situação 1 essa situação do aqui ela tem as características completamente invertidas o índice de refração diminui e todo o resto aumenta aumenta o ângulo em relação normal aumenta a velocidade da onda e aumenta o comprimento de onda Então vamos só organizar de novo aqui Vamos diminuir pra

gente trazer a terceira e última situação Vamos colocar a situação dois ali do lado da situação 1 Tá difícil aí aqui o Conjunto de características vai junto dá uma diminuída nele pouquinho mais foi tá aqui agora a gente traz a terceira situação a gente aumenta aqui e vamos ver o que que acontece quando a onda incide perpendicularmente à superfície que separa os dois meios o meio de cima tem índice de refração que eu vou chamar de N1 o meio de baixo tem índice de refração que eu vou chamar de n2 e N1 é menor que

n2 ou seja o me1 é menos refringente a luz é mais rápida no meio um o que que vai acontecer aqui de novo só para botar aqui é o ar aqui é a água dentro da nossa analogia que a gente estava fazendo nos casos um e dois o que acontece agora o seguinte bom se o meio é menos refringente o meio um a onda a luz é mais rápida no meio então velocidade 1 é maior que a velocidade do isso aqui é o que a gente tá vendo aqui a mesma situação do caso um só

que a única diferença para essa situação TR aqui é que a luz incide perpendicular ao meio ela incide sobre a reta normal em cima da reta normal como a luz incide de maneira simétrica na superfície que separa os meios ela não vai ter um lado da frente de onda que tá mais rápido para provocar O desvio então a luz não vai desviar para um lado nem pro outro porque ela incidiu de forma simétrica não teve um lado que chegou antes no meio do Então ela passa Reto sem sofrer desvio Mas mudando a sua velocidade e

se mudou a velocidade também muda o comprimento de onda se diminui a Velocidade diminui também o comprimento de onda A única diferença dessa situação três paraa situação um é que o ângulo entre o raio refratado e o raio incidente Ele é igual o ângulo teta não mudou nos casos em que o ângulo teta é 90º não há desvio do raio de luz e essa situação três aqui ela pode ser lida tanto do Meio um pro meio dois de cima para baixo quanto de baixo para cima se a onda por acaso tivesse subindo indo do Meio

mais refringente para meio menos refringente isso aqui tudo ia Se inverter ia aumentar o comprimento de onda ia aumentar a velocidade e o índice de refração ia diminuir mas o ângulo ia ficar igual Então essa situação TR aqui eu posso ler ela tanto de cima para baixo quanto de baixo para cima acontece a mesma coisa OK então agora que a gente viu essas situações a gente consegue entender aquela figura que a gente comentou no início do vídeo vamos voltar para ela e ver o que que tá acontecendo com o raio de luz quando ele está

atravessando do ar pro acrílico Eu acho que isso aqui é acrílico ou vidro Não sei então aqui fora é o ar aqui dentro a luz tá se propagando no vitro e depois no ar de novo então repare o seguinte aqui tá a reta normal que separa a reta normal da superfície que separa o ar do vitro e olha só esse é o ângulo tet1 dez quando a luz entra no meio mais refringente Olha o ângulo que acontece com ele fica menor teta 2 repare o seguinte ó que tem outro fenômeno acontecendo aqui também parte do

raio é refratado para dentro do vidro mas parte ó reflete Tá parte reflete pela lei de reflexão esse outro ângulo aqui ó esse ângulo aqui também é um ângulo igual a teta 1 é o ângulo do raio incidente e o ângulo do raio refletido a gente sabe que esses ângulos de reflexão são iguais mas seguindo na refração então aí a luz se propaga dentro do vidro e quando sair do vidro Olha o que vai acontecer reta normal o ângulo do raio incidente e olha o ângulo do raio refratado o que que aconteceu ficou significativamente maior

então o o ângulo diminui para depois o ângulo aumentar aqui é teta 2 é o mesmo ângulo que esse aqui e aqui volta a ser teta 1 porque ela volta para só trajetória original que ela tinha lá no ar então para encerrar a gente fala da le Nel na verdade ela tem duas partes a primeira parte da Lei snel aqui lei snel a primeira parte diz que o raio incidente e o raio refratado estão no mesmo plano Então a primeira parte diz que os raios estão no mesmo plano O que que significa isso no caso

aqui o nosso plano é o plano da tela isso quer dizer que o raio refratado pós refração ele não vai sair não vai saltar para fora da tela Ou nem vai entrar mais pro fundo da tela ele vai ficar contido dentro do mesmo plano Esse é um fenômeno de duas dimensões e não um fenômeno de três dimensões e a segunda parte da lei de snel é a lei matemática que rege esses fenômenos que eu que me permite calcular o índice de refração a partir do ângulo de incidência ou vice-versa calcular o ângulo de refração a

partir dos índices de refração a lei matemática diz que o N1 Seno do ângulo 1 do raio incidente meio 1 meio de incidência é igual a n2 índice de refração do meio do vezes o seno do raio refratado Seno do ângulo do raio refratado n2 seno de teta 2 Então aí tá a lei de snel matematicamente falando a relação geométrica que rege esses desenhos aqui que a gente viu Ok por enquanto de refração era isso se tu quiser pegar um esquema com todos esses desenhos todas as explicações que eu coloquei aqui tu entra lá na

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