Professora Bruna CADERNO 1. Capítulo 4. Fenômenos Ópticos: Refração, Absorção e Dispersão da Luz

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1 CADERNO 1 Capítulo 4 Fenômenos Ópticos: Refração, Absorção e Dispersão da Luz

2 FENÔMENOS ÓPTICOS No capítulo anterior demos início ao estudo dos fenômenos ópticos. Um fenômeno óptico ocorre quando a luz incide sobre uma superfície. Vimos que existe quatro fenômenos ópticos principais, para os quais voltaríamos nossa atenção: Reflexão. Refração. Absorção. Dispersão.

3 A REFLEXÃO O primeiro fenômeno óptico que estudamos foi a reflexão da luz, que ocorre quando a luz que se propagava por um determinado meio, ao incidir sobre uma superfície, retorna para o mesmo meio. Vimos também que reflexão pode ocorrer de duas maneiras: reflexão regular e reflexão difusa.

4 REFRAÇÃO Professora Bruna

5 A REFRAÇÃO Agora, daremos início ao estudo de um segundo fenômeno óptico: a refração. O que é refração? Refração é o fenômeno óptico que corresponde à passagem da luz de um meio para o outro, desde que os dois meios em questão sejam transparentes e homogêneos. Como assim?

6 A REFRAÇÃO Vamos supor que a luz propaga-se pelo ar e incide sobre um determinada quantidade de água em um aquário. Ao atingir a superfície da água, parte da luz será refletida e parte da luz, consegue atravessar esta superfície de separação e passa a se propagar na água. Dependendo do ângulo de incidência da luz sobre a superfície de separação, observaremos os fenômenos de reflexão e refração simultaneamente, ou teremos uma reflexão total do feixe de luz incidente.

7 A REFRAÇÃO Como assim?

8 A REFRAÇÃO - CONSEQUÊNCIAS Quando um feixe de luz que se propagava em um determinado meio consegue atravessar uma superfície de separação e passa a se propagar em outro meio, ocorre um desvio em sua direção de propagação. Isso acontece porque, ao passar de um meio para o outro, a velocidade de propagação é alterada. Por exemplo, ao passar do ar para a água, por exemplo, a velocidade da luz é reduzida.

9 A REFRAÇÃO ÍNDICE DE REFRAÇÃO Vimos que: a velocidade de propagação da luz no ar é aproximadamente igual a velocidade de propagação da luz no vácuo, ou seja, km/s, que é a maior velocidade conhecida no mundo. Podemos então determinar uma relação entre a velocidade de propagação da luz no vácuo e outro meio a ser considerado e a esta relação damos o nome de índice de refração (n). n = c v

10 A REFRAÇÃO ÍNDICE DE REFRAÇÃO Sendo assim, o índice de refração é dado por: n = c v Onde: c é a velocidade de propagação da luz no vácuo v é a velocidade de propagação da luz no meio considerado.

11 A REFRAÇÃO ÍNDICE DE REFRAÇÃO Observação: Sabemos que não existe nenhuma velocidade no mundo que seja maior que a velocidade da luz, portanto o resultado da expressão n = c v será sempre maior que 1.

12 REFRAÇÃO ÍNDICE DE REFRAÇÃO Observe a tabela abaixo:

13 A REFRAÇÃO DESVIOS NA TRAJETÓRIA Já comentamos que, uma das consequências da alteração da velocidade de propagação da luz ao passar de um meio para o outro, provoca um desvio na propagação de um feixe de luz. Vamos agora comentar as duas situações possíveis, relacionadas a este desvio na trajetória: o caso em que ao passar de um meio para o outro a luz tem sua velocidade diminuída e o caso em que ao passar de um meio para o outro a luz tem sua velocidade aumentada.

14 A REFRAÇÃO DESVIOS NA TRAJETÓRIA 1º caso: ao passar de um meio para o outro a luz tem sua velocidade diminuída. Se a velocidade da luz diminuiu ao passar de um meio para o outro, significa que ela passou de um meio menos refringente (com menor índice de refração) para um meio mais refringente (com maior índice de refração). A consequência disso é sofrer um desvio em sua trajetória aproximando-se da reta normal.

15 A REFRAÇÃO DESVIOS NA TRAJETÓRIA 2º caso: ao passar de um meio para o outro a luz tem sua velocidade aumentada. Se a velocidade da luz aumentou ao passar de um meio para o outro, significa que ela passou de um meio mais refringente (com menor índice de refração) para um meio menos refringente (com maior índice de refração). A consequência disso é sofrer um desvio em sua trajetória afastando-se da reta normal.

16 A REFRAÇÃO DESVIOS NA TRAJETÓRIA Como assim?

17 CALCULE E RESPONDA Página 264

18 CALCULE E RESPONDA Página Admitindo que a luz se propaga no vácuo com uma velocidade de km/s, qual é o índice de refração absoluto de um tipo de vidro em que a velocidade de propagação é de 1, km/s? n = c v c = km/s v = 1, km/s n = , n 1,76

19 CALCULE E RESPONDA Página Considerando-se que a velocidade da luz no vácuo é de km/s, qual seria a velocidade de propagação da luz através do diamante, cujo índice de refração é 2,42? n = c v c = km/s n = 2,42 2,42 = v v = ,42 1, km/s

20 CALCULE E RESPONDA Página Considere que a velocidade da luz no vácuo é de km/ s e o índice de refração absoluto no ar é de 1,0003. a-) Calcule a velocidade aproximada da propagação da luz no ar. n = c v c = km/s n = 1,0003 1,0003 = v v = ,0003 2, km/s

21 CALCULE E RESPONDA Página b-) De quando diminuirá aproximadamente a velocidade da luz ao passar do vácuo para o ar? A velocidade da luz era km/s ( km/s) e passou a ser 2, km/s ( km/s), portanto a velocidade sofreu uma redução de: = 90 km/s

22 ABSORÇÃO Professora Bruna

23 A ABSORÇÃO A absorção é o fenômeno óptico que ocorre quando, a luz que se propagava por um determinado meio ao incidir em uma determinada superfície, nem retorna para o mesmo meio, nem atravessa a superfície, mas sim é absorvida por ela.

24 A ABSORÇÃO CONSEQUÊNCIAS Uma consequência importante da absorção da luz é o aumento da temperatura dos corpos. Isso ocorre porque, os raios de luz carregam além de energia luminosa, energia térmica. Portanto, uma superfície ao absorver a luz, absorve também a energia térmica carregada por ela, e consequentemente tem sua temperatura aumentada.

25 A ABSORÇÃO CONSEQUÊNCIAS Por isso, é comum que em dias ensolarados, as pessoas prefiram utilizar roupas claras ao invés de roupas escuras. Uma camiseta preta, como sabemos, absorve toda luz que incide sobre ela, absorvendo também toda a energia térmica transmitida por ela. Por isso a sensação de calor quando usamos uma camiseta preta, em um dia de sol.

26 A ABSORÇÃO CONSEQUÊNCIAS É importante lembrar que: para luz incidindo sobre uma superfície, os fenômenos ópticos da reflexão, refração e absorção ocorrem simultaneamente.

27 DISPERSÃO Professora Bruna

28 A DISPERSÃO A dispersão é um fenômeno ótico que ocorre quando um feixe de luz policromático (composto por várias cores) incide em um meio transparente - limitado por duas faces planas não paralelas, com índice de refração menor que o do ar (um prisma por exemplo) - e é decomposto em todas as cores que o compõe. Resumindo: a dispersão é a decomposição de um feixe de luz policromático ao sofrer refração.

29 A DISPERSÃO Como assim?

30 A DISPERSÃO A dispersão é o fenômeno óptico relacionado à formação de um arco-íris, por exemplo. Nesta situação, a luz branca (composta de todas as cores) proveniente do Sol, incide sobre pequenas gotículas de chuva suspensas no ar, sofre refração ao passar de um meio para o outro (do ar para a água) e sofre dispersão. É por isso que só vemos arco-íris em dias chuvosos ou em regiões de quedas d água.

31 A DISPERSÃO Quando temos luz branca incidindo sobre um prisma, como o caso observado na figura, vemos que ela se decompõe em um espectro contínuo. As velocidade para cada cor de luz dentro do prisma é diferente e por isso podemos observar a dispersão.

32 A DISPERSÃO Notemos que a cor que menos se desvia é a vermelha e a cor que mais se desvia é a violeta. Vale lembrar que no espectro da luz visível, a cor vermelha possui menor frequência e maior comprimento de onda e a cor violeta possui maior frequência e menor comprimento de onda. Estes fatores relacionam-se com a velocidade de propagação da luz nos mais diversos meios. v = λ. f

33 A DISPERSÃO Observe as velocidades da luz para as diversas cores que compõem a luz branca.

34 ATIVIDADES Página 266

35 ATIVIDADES Atividade 1 B Atividade 2 C Atividade 3 D Atividade 4 - B

36 ATIVIDADES Atividade 5 C Atividade 6 D Atividade 7 B Atividade 8 A

37 ATIVIDADES Atividade 9 B Atividade 10 D Atividade 11 C Atividade 12 B

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