Quando um raio de luz passa de um meio para outro - como quando sai de um lago de água ou passa através de seus óculos - você deve ter notado que ele se curva. Isso é chamado de refração e acontece em diferentes ângulos, dependendo da luz incidente e do material. É também como os olhos podem ver e transmitir imagens para o cérebro.
Refração da luz
Refração é a curvatura dos raios de luz à medida que passam de um meio para um segundo meio. Isso resulta do fato de que a luz viaja a velocidades ligeiramente diferentes em diferentes mídias. A quantidade de refração de um raio de luz dependerá da diferença de velocidade entre o segundo meio e o primeiro. Quanto maior a diferença de velocidade, maior o ângulo de refração.

Você pode pensar nisso usando o princípio de menos tempo. Imagine um salva-vidas tentando alcançar um nadador, bem abaixo da costa e na água, no menor tempo possível. Ela sabe que pode correr muito mais rápido do que sabe nadar. Tentar chegar ao nadador viajando em linha reta seria ineficiente devido à sua lenta velocidade de natação em relação à sua velocidade de corrida; em vez disso, ela corre pela praia até ficar quase na frente do nadador e depois pula na água.

A distância que ela percorre é maior, mas o tempo percorrido é menor devido às diferentes velocidades em diferentes médiuns. É isso que a luz faz quando é refratada.

As ondas de água também podem ser refratadas ao viajar entre áreas de diferentes profundidades, porque as ondas viajam em velocidades diferentes, dependendo de estarem em águas rasas ou profundas.
Índice de refração

O índice de refração para um determinado meio é um número sem unidade n
onde n \u003d c /v
, onde c
é a velocidade da luz no vácuo e v
é a velocidade da luz no meio. Quanto mais lenta a luz viaja em um meio, maior será o índice de refração do meio. A velocidade de uma onda de luz em um meio dependerá do seu comprimento de onda e, portanto, o índice de refração. Portanto,

Isso leva a um fenômeno chamado dispersão
, que pode ser visto na luz. prismas: quando a luz branca, que contém ondas de muitos comprimentos de onda diferentes, entra em um prisma, cada onda de luz componente é refratada em um ângulo diferente, dependendo do seu comprimento de onda. Isso cria a aparência de um arco-íris.

O índice de refração no ar depende de muitos fatores, incluindo pressão e temperatura. As "ondas" vistas emanando de objetos quentes como pavimentos no verão ocorrem porque a luz é refratada de maneira diferente pelo ar mais quente do que pelo ar mais frio, causando imagens distorcidas.

Além disso, o ar perto de uma estrada quente no verão pode realmente refletir luz que chega em direção a um observador em um ângulo raso, fazendo parecer como se houvesse um espelho ou uma superfície refletora da água na estrada.
Lei de Snell

Lei de Snell relaciona os índices de refração de duas mídias , bem como o ângulo de incidência θ _{i
em relação ao ângulo de refração θ r
, em relação à forma como a luz se inclina ao passar de um meio na outra.
n_i \\ sin (\\ theta_i) \u003d n_r \\ sin (\\ theta_r)}

Essa equação pode prever o ângulo em que a luz será refratada em um determinado meio, se os índices de refração de ambos os meios e o ângulo de incidência é conhecido. Isso é válido em qualquer situação que envolva a refração da luz, com quaisquer dois meios.
Reflexão Interna Total

Se as ondas de luz passam de um meio com alto índice de refração para um meio com um baixo índice de Para refração, existe um ângulo crítico acima do qual a luz se curva o suficiente para que nenhuma delas se mova para o outro meio. Isso é chamado de reflexão interna total.

O ângulo crítico é o ângulo de incidência para o qual o raio de saída tem um ângulo de refração de 90 graus. Então θ _{i
\u003d sin ^{-1 ( n i /n r
). Em ângulos acima do ângulo crítico, toda a luz passa por uma reflexão interna total.}}

A reflexão interna total explica por que, de um certo ângulo, a superfície da água /ar em um aquário, quando observada de baixo, se parece com um espelho perfeito . O ar tem um índice de refração muito menor que a água e, portanto, as ondas de luz em um ângulo raso para a superfície a partir de baixo refletirão fora da superfície, em vez de refratá-la, criando um espelho.

A reflexão interna total pode também ocorrem nas ondas de água e nas ondas sonoras.
Lentes

A refração da luz em um meio pode mudar quando a superfície entre os meios é curvada. De fato, a luz que vem da mesma direção se refrata em ângulos diferentes, dependendo de onde a superfície curva atinge.

As lentes são peças de material transparente com lados curvos que usam a refração para afetar o caminho da luz. . Uma lente convergente é mais grossa no meio, permitindo que os raios de luz que entram de um lado da lente converjam para um ponto focal do outro lado. É isso que as lupas e alguns telescópios usam.

Uma lente côncava é mais fina no meio do que nas bordas, e os raios de luz que entram de um lado são refratados para o exterior e se afastam à medida que emergem do outro. lateral.

Os dois tipos de lentes são usados na visão corretiva, seja em óculos ou em contatos, dependendo do problema do olho.
Exemplos

Nossos olhos interpretam a luz usando refração . A luz entra na córnea e depois na lente, refratando-se em um ponto preciso da retina. A imagem é então transmitida ao cérebro através do nervo óptico. Olhos lacrimosos levam à visão embaçada por causa das propriedades de refração das lágrimas.

Qualquer coisa que contenha fibras ópticas depende da reflexão interna total. As fibras têm um alto índice de refração e são cercadas por material com um índice muito baixo de refração. À medida que a luz viaja através da fibra, seu ângulo com a parte externa da fibra é baixo o suficiente para impedir que ela escape. Isso permite que a fibra leve uma luz muito focada a uma grande distância. As fibras ópticas são usadas principalmente nos serviços de internet e telefone.

Os arco-íris são causados pela refração e reflexo da luz solar das gotículas de água no ar. Isso pode acontecer após tempestades ou em condições de neblina, mas também perto de cachoeiras e fontes. Como mencionado anteriormente, diferentes comprimentos de onda (cores) da luz têm índices ligeiramente diferentes de refração para um determinado material, o que os faz refratar em diferentes ângulos. Um observador então vê um arco-íris de cores, em ordem de comprimento de onda.

A refração é a razão pela qual a água em um lago parece mais rasa do que realmente é. Assim que a luz do ar entra na água, ela se curva em um ângulo mais raso com a superfície devido à refração. " da superfície, parece que tudo abaixo da superfície é mais raso, porque a luz é dobrada em ângulos mais rasos.

O ângulo crítico também influencia a maneira como as pedras são cortadas. Uma pedra preciosa pode ser cortada de forma que a luz que entra nela sofra uma reflexão interna total quando atinge as facetas traseiras, emergindo pela frente da pedra novamente para torná-la mais brilhante. O diamante, com um alto índice de refração, é particularmente ideal para isso, tornando-o uma pedra preciosa popular.