Imagine uma colher colocada em meio copo de água. A colher parece dobrar no limite da água do ar. Isso ocorre porque os raios de luz que atingem os olhos de debaixo da água mudam de direção quando passam para o ar. Esse fenômeno é conhecido como refração. Existem vários fatores que determinam em que ângulo um raio de luz se curvará quando passar de um meio para outro.

Ângulo de incidência

Se um raio de luz passar de um meio para outro - do ar ao vidro, por exemplo - perpendicular à superfície entre a mídia, não muda de direção, passa direto. Se, no entanto, atingir a superfície em um ângulo com a perpendicular, ela mudará de direção à medida que se move para o segundo meio. O ângulo que o raio de luz faz com a perpendicular no primeiro meio é chamado de ângulo de incidência. O ângulo que o raio de luz faz com a perpendicular no segundo meio é chamado de ângulo de refração. A relação entre o ângulo de incidência (i) e o ângulo de refração (r) é dada pela lei de Snell: sin (r) /sen (i) = ni /nr, onde ni é o índice de refração do primeiro meio e nr é o índice de refração do segundo meio. Para um par fixo de mídia, ni /nr é fixo. Então fica claro que quando o ângulo de incidência muda, o ângulo de refração também muda.

Índices de refração

Da lei de Snell, você pode ver que o ângulo de refração depende a razão ni /nr dos índices de refração dos dois meios. Se nr for maior que ni - por exemplo, quando a luz passa do ar (ni = 1.0) para o vidro (ni = 1.5) - então o ângulo de refração é menor que o ângulo de incidência, ou seja, o raio de luz se inclina para o perpendicular à superfície entre os dois meios, à medida que ele atravessa para o segundo meio. Se nr for menor que ni, o raio de luz que entra em outro meio se distancia da perpendicular à superfície entre os dois meios.

Comprimento de onda da luz

O ângulo de refração também depende do comprimento de onda de luz. A luz visível de cores diferentes tem diferentes comprimentos de onda e índices de refração ligeiramente diferentes. A diferença é tão pequena que você não a vê quando a luz branca passa por uma placa plana de vidro, por exemplo. Mas quando a luz branca passa por um prisma e é refratada duas vezes nas duas superfícies, cada cor dobra em um ângulo diferente e você pode ver claramente as cores separadas.

Anisotropia

Em alguns casos especiais , o índice de refração em um meio pode depender da direção em que a luz passa através do meio. Certos cristais minerais têm dois índices distintos de refração ao longo de duas direções e são conhecidos como materiais birrefringentes. Por exemplo, a turmalina é um cristal com dois índices de refração: 1,669 e 1,638. Para estes materiais, o ângulo de refração depende da orientação do limite entre os meios com os eixos especiais do cristal.