Lei de Snell
Leis de Refração
A Lei de Snell, também chamada de Lei de Snell-Descartes, afirma que o índice de refração do meio de incidência muliplicado pelo seu ângulo formado com a normal é igual ao índice de refração do meio de refração multiplicado pelo seu ângulo formado com a normal.
n1.seno(Â do incidido com a normal) = n2.seno(Â do refratado com a normal)
O que é refração?
A refração da luz é o termo que se refere a uma mudança direcional desta quando ocorre a alteração do meio em que ela se encontra. Didaticamente, desenha-se no quadro uma linha horizontal e outra vertical que se entrecruzam perpendicularmente, esta é chamada de normal. A luz incide, diagonalmente, no eixo onde as linhas se intercalam, aproximando-se da normal caso o novo meio seja mais refringente (possua um índice de refração maior) que o anterior, onde a luz se encontrava.
Se o meio em que a luz penetrou é menos refringente, ela irá distanciar-se da normal, formando uma espécie de “V”, desta vez, voltado para cima, pois teve a sua velocidade aumentada durante o fenômeno da refração da situação descrita.
No caso de ondas mecânicas, como a sonora, o comportamento seria ao contrário, pois oindas mecânicas precisam de um meio mais denso para se propagarem, tanto que no espaço nem há som. Por isso, num meio mais refringente a onda sonora teria sua velocidade aumentada, distanciando-se da normal, formando um “V” para cima. Contudo, se a onda sonora fosse refratada por um meio com menor índice de refração, provavelmente menos denso, ela se aproximaria da normal, pois haveria maior dificuldade de propagação por “faltar material” em que ela pudesse vibrar.
Índice de refração da água
O índice de refração da água é 1,333. Já o índice de refração do ar é muito próximo, e por isso arredondado, de 1. Por isso, a velocidade da luz na água é reduzida quando ela vem do ar, fazendo com que ela se aproxime da normal. Já no caso das ondas sonoras, a velocidade do som na água aumenta, fazendo com que ela se afaste da normal. Em ambos os casos se diz que houve o fenômeno da refração, mas com diferentes comportamentos quando se compara os tipos de ondas. Contudo, é certo concluir que se pode afirmar que a velocidade da luz na água é menor que a velocidade da luz no ar.
Ângulo limite e reflexão total da luz
No caso da luz, ou de qualquer tipo de onda, há dois cenários a se considerar quando se pensa em ângulo limite e reflexão total: um que a onda passa do meio menos refringente para o meio mais refringente ou no panorama contrário, em que a onda passa do meio mais refringente para o meio menos refringente. No caso da luz, é, somente, nesta última situação em que a reflexão total seria possível, quando essa incidisse, especificamente, no ângulo limite.
Todavia, como o comportamento da onda de som, quando refratada, é contrário ao da luz, essa poderia sofrer reflexão total somente passasse de um meio menos refringente para o meio mais refringente, onde ela poderia ter a velocidade aumentada afastando-se da normal.
Reflexão e refração da luz
Meio menos refringente para o de maior índice de refração
Neste caso, há três cenários que geralmente são estudados em refração de ondas:
- ângulo de incidência igual a 0 graus: não sofre nenhum desvio em relação ao raio incidente
- ângulo de incidência maior que 0 graus e menos que 90 graus: se aproxima da reta normal
- ângulo de incidência igual a 90 graus: também se aproxima da normal, resultando num ângulo refratário máximo, chamado de ângulo limite
Conforme já dito, nesses cenários, não importa o grau de incidência da luz, ela não sofrerá reflexão total. Contudo, ainda haveria um ângulo limite para a refração, que é o correspondente ao quando a luz incide em 90 graus, mas sem relfexão total, pois seria necessário que ela passasse de um meio mais refrintente para o menos refringente, o que não é o cenário em questão.
Aplicando-se a Lei de Snell para se alcançar uma fórmula estática para o ângulo limite, como o seno de 90 graus é igual a 1, tem-se:
Âlimite = n1 (índice de refração menor) / n2 (índice de refração maior)
Meio mais refringente para o de menor índice de refração
Vamos refletir, novamente, sobre três cenários para estudar a refração da luz do meio mais refringente para o de menor índice de refração:
- ângulo de incidência igual a 0 graus: não sofre nenhum desvio em relação ao raio incidente
- ângulo de incidência menor que 90 graus: neste caso, a luz irá se afastar da normal
- ângulo de incidência maior que 90 graus: ele resultará, num determinado momento, no ângulo limite, produzindo um ângulo de refração de 90 graus, já sendo considerado, apartir daí, uma reflexão
Depois da reflexão da luz, caso o ângulo de incidência continue a aumentar, a reflexão ocorrerá como num espelho, onde o movimento do raio incidente, se maior que o ângulo limite, produzirá um efeito simétrico ao raio refletido, mas de sentido contrário, aproximando-se ou se distanciando da normal.
O ângulo de reflexão da luz na água, atinge o chamado ângulo limite quando acontece a o ângulo do raio refratado é 90 graus. Mas, caso o ângulo de incidência seja igual ao ângulo de reflexão, esta acontece por completo, no meio incidente, não penetrando nada no outro meio que a refrataria. Esse fenômedo de refração, quando o ângulo incidente é maior que o ângulo limite, refletindo-se no mesmo meio, ganha o nome de reflexão total da luz.
Aplicando-se a Lei de Snell para achar o ângulo de reflexão total, como os dois índices de refração são iguais, tem-se:
n1.seno(Â do incidido com a normal) = n2.seno(Â do refratado com a normal)
n1 = n2
seno(Â do incidido com a normal) = seno(Â do refratado com a normal)
Observação em destaque: se o ângulo de incidência é maior que o ângulo limite, acontece a reflexão total da luz.
Experimento de reflexão total da luz
O que significa refração?
Refração significa a mudança de velocidade quando o meio se altera, causando, no caso da luz, uma mudança na direção do caminho em que essa se encontrava.
O que são miragens?
Questões sobre refração, reflexão total, ângulo limite, miragens e efeito morgana
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