Reflexão e Refração da Luz - Ondas, Óptica Geométrica e Índice de Refração

Reflexão e Refração A luz é corpuscular ou uma onda Efeito fotoelétrico Hertz Fótons Einstein Fenda dupla T Young Ondaluz Maxwell Reflexão e refração Ótica geométrica Reflexão e refração Quando λ d os raios continuam em um caminho de linha reta e a aproximação do raio permanece válida Quando λ d os raios se espalham após passar pela abertura Quando λ d a abertura se comporta como uma fonte pontual emitindo ondas esféricas Reflexão e refração Especular Difusa Lei da Reflexão O raio incidente o raio refletido e a normal todos ficam no mesmo plano e θ₁ θ₁ Prevenção de Armadilhas 11 Notação de subscrito O subscrito 1 referese aos parâmetros para a luz no meio inicial Quando a luz se propaga de um meio para outro utilizamos o subscrito 2 para os parâmetros associados com a luz no novo meio Nesta discussão a luz fica no mesmo meio então somente podemos utilizar o subscrito 1 θ₁ θ₁ Refração Todos os raios e a normal estão no mesmo plano e o raio refratado está inclinado em direção à normal porque v2 v1 sin θ2 sin θ1 v2 v1 Refração Quando o feixe de luz se move do ar para o vidro a luz diminui a velocidade ao entrar no vidro e seu caminho é inclinado em direção à normal Quando o feixe se move do vidro para o ar a luz acelera ao entrar no ar e seu caminho é inclinado em direção oposta à normal Lei refração de Snell Quando a luz viaja de um meio para outro sua frequência permanece constante e o seu comprimento de onda muda Indice de refração TABELA 11 Índices de refração Substância Índice de refração Substância Índice de refração Sólidos a 20 C Líquidos a 20 C Zircônia cúbica 220 Benzeno 1501 Diamante C 2419 Dissulfeto de carbono 1628 Fluoreto CaF2 1434 Tetracloreto de carbono 1461 Quartzo fundido SiO2 1458 Álcool etílico 1361 Fosfeto de gálio 350 Glicerina 1473 Vidro janela 152 Água 1333 Vidro sílex 166 Gelo H2O 1309 Gases a 0 C 1 atm Poliestireno 149 Ar 1000293 Cloreto de sódio NaCl 1544 Dióxido de carbono 100045 Observação Todos os valores são para luz com comprimento de onda de 589 nm no vácuo Lei refração de Snell λ1λ2 v1v2 cn1 cn2 n2n1 n λλn n1 sin θ1 n2 sin θ2 Conforme uma onda se move entre os meios seu comprimento de onda muda mas sua frequência permanece constante n1 cv1 v1 n2 cv2 v2 Lei refração de Snell If the indexes match there is no direction change If the next index is greater the ray is bent toward the normal If the next index is less the ray is bent away from the normal Lei refração de Snell If the indexes match there is no direction change If the next index is greater the ray is bent toward the normal If the next index is less the ray is bent away from the normal Lei refração de Snell If the indexes match there is no direction change Lei refração de Snell If the indexes match there is no direction change Um raio de luz de comprimento de onda 589 viajando através do ar incide sobre vidro crown 2 152 a um ângulo de 30 com a direção normal aEncontrar o ângulo de refração b Encontre a velocidade da luz após de entrar no vidro c Qual é o comprimento de onda da luz no vidro Dispersão e prismas As cores no feixe refratado estão separadas porque a dispersão no prisma faz com que diferentes comprimentos de onda de luz sejam refratados em diferentes ângulos Blue is always bent more than red Normal Incident white light Reflected white light Air n1 Glass n2 Refracted light Normal Incident white light Reflected white light Glass n1 Air n2 Refracted light Blue is always bent more than red Dispersão cromática White light Arcos iris A luz violeta refrata em ângulos maiores que a luz vermelha A intensidade maior da luz que se propaga das gotas de chuva mais altas em direção aos olhos do observador é vermelha enquanto a luz mais intensa das gotas mais baixas é violeta Luz solar Branco Branco Reflexão interna total Conforme o ângulo de incidência θ1 aumenta o ângulo de refração θ2 aumenta até estar a 90 raio 4 A linha pontilhada indica que nenhuma energia realmente se propaga nessa direção O ângulo de incidência que produz um ângulo de refração igual a 90 é o ângulo crítico θc Neste toda a energia da luz incidente é refletida Para ângulos ainda maiores de incidência a reflexão interna total ocorre raio 5 Reflexão interna total n1 sin θc n2 sin 90 θc sin¹ n2 n1 critical angle If the next index is lower and the incident angle is large enough the light can be trapped inside Reflexão interna total Entrar o ângulo crítico para uma interface água ar o índice de refração da água é 133