Refração da luz é o fenômeno que consiste na mudança de velocidade de propagação da onda eletromagnética quando essa atravessa meios ópticos diferentes. Durante a refração, o comprimento de onda da luz muda, enquanto a sua frequência permanece constante. A refração pode ou não ser acompanhada de uma mudança na direção da propagação da luz. 6t4t42
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A refração ocorre quando a luz atravessa a interface entre dois meios ópticos e transparentes, como ar e água. Quando isso acontece, a velocidade de propagação da luz muda, uma vez que essa velocidade depende de uma característica de cada meio óptico chamada de índice de refração absoluto.
O índice de refração absoluto é uma grandeza adimensional, isto é, uma grandeza que não tem unidade de medida, calculada pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz naquele meio.
\(n=\frac{c}{v}\)
n – índice de refração
c – velocidade da luz no vácuo (c ≈ 3,0.108 m/s)
v - velocidade da luz no meio (m/s)
Quanto maior é o índice de refração de um meio, menor é a velocidade em que a luz se propaga em seu interior, em outras palavras, dizemos que o meio é mais refringente. Uma vez que não existe qualquer meio óptico em que a luz se propague mais rapidamente que no vácuo, o índice de refração absoluto é sempre maior ou igual a 1.
Confira na tabela a seguir o índice de refração de alguns meios ópticos conhecidos:
Meio óptico |
Índice de refração |
Ar atmosférico (25ºC) |
1,00029 |
Água (25ºC) |
1,33 |
Álcool etílico |
1,36 |
Sal de cozinha |
1,54 |
Glicerina |
1,90 |
Acrílico |
1,49 |
Diamante |
2,42 |
A refração da luz sempre ocorre quando o índice de refração relativo entre dois meios é diferente de 1. A fórmula do índice de refração relativo é mostrada a seguir, observe:
\(n_{1,2} = \frac{V_2}{V_1} \ ou \ n_{1,2} = \frac{n_2}{n_1}\)
n1,2 – índice de refração relativo dos meios 1 e 2;
n1 e n2 – índice de refração do meio de origem e do meio de destino da luz, respectivamente;
v1 e v2 – velocidade de propagação da luz no meio em que a luz emerge e imerge, respectivamente.
Diferentemente do índice de refração absoluto, que mede a relação entre a velocidade da luz naquele meio e a velocidade da luz no vácuo, o índice de refração relativo mede a relação entre as velocidades de propagação da luz nos dois meios e, por isso, pode assumir valores maiores ou menores que 1.
A mudança de velocidade da luz que atravessa do meio 1 para o meio 2 pode ocasionar o surgimento de um deslocamento lateral do feixe de luz. Essa mudança acontece se o raio de luz em questão incidir perpendicularmente à superfície (90º), na mesma direção da reta normal ao plano. A reta normal, por sua vez, é usada como referência para as medidas dos ângulos de incidência e refração, como mostramos na figura a seguir:
θi e θr – ângulos de incidência e refração
n1 e n2 – índice de refração dos meios 1 e 2
Outro fato importante sobre a refração da luz diz respeito à dependência entre o índice de refração e a frequência da luz incidente. A mudança de velocidade da luz depende, dentre outros fatores, da “cor” da luz: quanto maior é a frequência da onda luminosa, menor é o índice de refração absoluto do meio. É por esse motivo que a luz branca se dispersa em múltiplas faixas coloridas ao atravessar um prisma: cada uma de suas componentes tem um índice de refração específico e isso faz com que cada uma delas sofra uma mudança de direção específica.
Depois de conhecermos os conceitos principais da refração, podemos entender como funcionam as leis da refração:
A primeira lei da refração afirma que os raios de luz incidente e refratado, bem como a reta normal, são retas coplanares, isto é, devem estar contidas no mesmo plano.
A segunda lei da refração, também conhecida como lei de Snell-Descartes, é usada para calcular o desvio angular sofrido pelo raio de luz refratado. De acordo com essa lei, a razão entre os senos dos ângulos de incidência e refração é igual à razão entre as velocidades da luz nos meios incidente e refratado, respectivamente. A fórmula da 2ª lei da refração é mostrada a seguir, observe:
\(n_1 \cdot sen\theta_1 = n_2 \cdot sen\theta_2\)
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Questão 1) Determine o índice de refração absoluto de um meio óptico em que a luz se propaga com velocidade de 2,4.108 m/s.
Dados: c = 3,0.108 m/s
a) 1,75
b) 1,50
c) 1,25
d) 2,50
e) 1,45
Gabarito: Letra C. Para resolver o exercício, vamos usar a fórmula do índice de refração absoluto:
\(n=\frac{c}{v} \rightarrow n=\frac{3,0 \cdot 10^8}{2,4\cdot 10^8} = 1,25\)
Questão 2) Um raio de luz que provém de um meio em que sua velocidade de propagação é de 1,5.108 m/s incide na interface de outro meio óptico, no qual a luz propaga-se na velocidade de 2,0.108 m/s. Calcule o índice de refração relativo entre esses meios ópticos.
a) 1,33
b) 1,40
c) 0,72
d) 2,57
e) 0,63
Gabarito: Letra A. Usaremos a fórmula do índice de refração relativo:
\(n_{1,2} = \frac{V_2}{V_1} \rightarrow n_{1,2} = \frac{2,0\cdot 10^8}{1,5\cdot 10^8} = 1,33 \)
Fonte: Brasil Escola - /fisica/a-refracao-luz.htm