A fórmula da lei de refracção da luz - casos gerais e especiais

A lei da refracção da luz é utilizada em muitos campos diferentes e ajuda a determinar como os raios se comportarão quando entrarem de um meio para outro. Não é difícil compreender as características deste fenómeno, as suas causas e outras nuances importantes. Também vale a pena compreender os tipos de refracção, pois são de grande importância no cálculo e utilização dos princípios da lei na prática.

O exemplo mais comum é mostrado com um tubo ou colher num copo de água transparente.

O que é o fenómeno da refracção da luz?

Quase toda a gente está familiarizada com este fenómeno, uma vez que é largamente encontrado na vida quotidiana. Por exemplo, se se olhar para o fundo de um reservatório de água transparente, parece sempre mais perto do que realmente está. A distorção pode ser vista em aquários e é familiar a quase toda a gente. Mas para compreender a questão, há que considerar alguns aspectos importantes.

Razões para refracção

As características dos diferentes meios através dos quais a luz viaja são aqui decisivas. A sua densidade varia frequentemente, pelo que a luz se propaga a velocidades diferentes. Isto também tem um efeito directo nas suas propriedades.

Quando a luz solar passa através de um prisma, espalha-se em todas as cores do espectro.

À medida que passa de um meio para outro (no ponto em que se juntam), a luz muda de direcção devido às diferenças de densidade e outras características. O desvio pode ser diferente, quanto maior for a diferença nas características dos meios de comunicação, maior será a distorção eventualmente formada.

A propósito! Quando a luz é refractada, parte dela é sempre reflectida.

Exemplos da vida

Os exemplos podem ser encontrados em quase todo o lado, para que qualquer pessoa possa ver como a refracção afecta a percepção dos objectos. As variantes mais características são as seguintes:

1. Se colocar uma colher ou um tubo num copo de água, pode ver como visualmente o objecto deixa de ser direito e se desvia a partir dos limites dos dois suportes. Esta ilusão óptica é usada como exemplo mais frequentemente.
2. Em tempo quente, ocorre frequentemente um efeito de poça no asfalto. Isto porque os raios são refractados na diferença acentuada de temperatura (perto do próprio solo) para que o olho veja um ligeiro reflexo do céu.
3. As miragens também aparecem como resultado da refracção. Isto é mais complicado, mas este fenómeno não se encontra apenas no deserto, mas também nas montanhas e mesmo na zona intermédia. Outra opção é quando se podem ver objectos que estão para além da linha do horizonte.
   Uma miragem é uma das maravilhas da natureza que é causada pela refracção da luz.
4. Os princípios da refracção são também usados em muitos objectos usados na vida quotidiana: óculos, lupa, janelas, projectores e diapositivos, binóculos e muito mais.
5. Muitos tipos de equipamento científico funcionam através da aplicação da lei em questão. Estes incluem microscópios, telescópios e outros instrumentos ópticos sofisticados.

Qual é o ângulo de refracção

O ângulo de refracção é o ângulo formado pelo fenómeno de refracção na junção de dois meios transparentes com diferentes propriedades de transmissão da luz. É determinado a partir de uma linha perpendicular traçada ao plano de refracção.

Se um líquido de maior densidade do que água for vertido num copo, o ângulo de refracção tornar-se-á maior.

Este fenómeno é causado por duas leis, a conservação da energia e a conservação do momentum. Como as propriedades do meio mudam, a velocidade da onda muda inevitavelmente, mas a sua frequência permanece a mesma.

De que depende o ângulo de refracção?

O índice pode variar e depende principalmente das características dos dois meios através dos quais a luz passa. Quanto maior for a diferença entre eles, maior será a deflexão visual.

Também o ângulo depende do comprimento de onda da luz emitida. medida que este valor muda, o mesmo acontece com o desvio. Em alguns ambientes a frequência da onda electromagnética também tem uma grande influência, mas nem sempre é esse o caso.

Em materiais opticamente anisotrópicos o ângulo é influenciado pela polarização da luz e a sua direcção.

Tipos de refracção

O tipo mais comum é a refracção comum da luz, quando devido às diferentes características do meio, pode ser observado, até certo ponto, um efeito de distorção. Mas há outras variedades que aparecem em paralelo ou que podem ser vistas como um fenómeno separado.

Quando uma onda polarizada verticalmente atinge a fronteira entre dois meios num determinado ângulo (chamado ângulo Brewster), é possível ver a refracção total. Neste caso, não haverá qualquer onda reflectida.

A reflexão interna total só pode ser observada quando a radiação passa de um meio com um índice de refracção mais elevado para um meio menos denso. Neste caso, o ângulo de refracção é maior do que o ângulo de incidência. Ou seja, existe uma relação inversa. Além disso, à medida que o ângulo de incidência aumenta, uma vez atingido um determinado valor, o índice torna-se de 90 graus.

Se a luz cair no limite dos dois meios de comunicação num determinado ângulo, ela pode simplesmente ser reflectida.

Se aumentar ainda mais o valor, o feixe será reflectido a partir do limite das duas substâncias sem passar para o outro meio. É a este fenómeno que se chama reflexão interna total.

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É necessária aqui uma clarificação relativamente ao cálculo dos números, uma vez que a fórmula difere da fórmula padrão. Neste caso, será parecido com isto:

pecado _pr=n₂₁

Este fenómeno tornou possível criar fibra óptica, um material que pode transmitir enormes quantidades de informação a distâncias ilimitadas a uma velocidade inacessível a outras opções. Ao contrário de um espelho, neste caso, a reflexão ocorre sem perda de energia, mesmo com reflexos múltiplos.

As fibras ópticas têm uma estrutura simples:

1. O núcleo transmissor de luz é feito de plástico ou vidro. Quanto maior for a secção transversal, maior é o volume de informação que pode ser transmitida.
2. A bainha é necessária para reflectir a luz no núcleo para que se espalhe apenas através do núcleo. É importante que, no ponto de entrada na luz, o feixe caia num ângulo superior ao limite, então ele será reflectido sem perda de energia.
3. O isolamento protector evita danos à fibra e protege-a de influências adversas. O cabo também pode ser colocado no subsolo graças a esta parte.

As fibras ópticas levaram a transmissão de informação a um nível totalmente novo.

Como foi descoberta a lei da refracção

Foi descoberto por por Willebrord Snellius.um matemático holandês, em 1621. Após uma série de experiências, foi capaz de formular os aspectos básicos, que se mantiveram praticamente inalterados até hoje. Foi ele quem primeiro notou a constância da proporção dos pecados dos ângulos de incidência e de reflexão.

A primeira publicação com o material da descoberta foi feita pelo cientista francês René Descartes.. Contudo, os peritos discordam; alguns pensam que ele utilizou os materiais de Snellius e outros estão convencidos de que ele o redescobriu independentemente.

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Definição e fórmula para o índice de refracção

O incidente e os raios refractários e a passagem perpendicular através da junção dos dois meios de comunicação estão dentro do mesmo plano. O seno do ângulo de incidência em relação ao seno do ângulo de refracção é um valor constante. É assim que soa a definição, que pode diferir na apresentação, mas o significado permanece sempre o mesmo. A explicação gráfica e a fórmula são mostradas na figura abaixo.

A fórmula é universal e adequada para diferentes meios de comunicação.

É digno de nota que os índices de refracção não têm unidades de medida. De uma vez, enquanto estudavam as bases físicas do fenómeno em questão, dois cientistas ao mesmo tempo - Christian Huygens da Holanda e Pierre Fermat de França, chegaram à mesma conclusão. Segundo ele, o seno de incidência e o seno de refracção são iguais à proporção das velocidades nos meios de comunicação através dos quais as ondas passam. Se a luz passar por um meio mais rápido que o outro, é opticamente menos densa.

A propósito! A velocidade da luz no vácuo é mais elevado do que em qualquer outra substância.

O significado físico da Lei de Snellius

Quando a luz passa de um vácuo para qualquer outra substância, ela interage inevitavelmente com as suas moléculas. Quanto maior for a densidade óptica do meio, mais luz interage com os átomos e menor é a velocidade da sua propagação, e quanto maior for a densidade, maior é o índice de refracção.

A refracção absoluta é denotada pela letra n, que dá uma ideia de como a velocidade da luz muda quando esta passa de um vácuo para um meio.

Refracção relativa (n₂₁) mostra como a velocidade da luz muda quando se passa de um meio para outro.

O vídeo explica a lei da física de grau 8 muito simplesmente com gráficos e animação.

Âmbito da lei na tecnologia

Já passou muito tempo desde a descoberta do fenómeno e da investigação prática. Os resultados têm ajudado a desenvolver e realizar um grande número de dispositivos utilizados em diferentes sectores, vale a pena classificar os exemplos mais comuns:

1. Equipamento oftalmológico. Permite uma variedade de exames e detecção de patologias.
2. Dispositivos para o exame do estômago e dos órgãos internos. Pode obter uma imagem clara sem introduzir uma câmara, o que torna o processo muito mais fácil e mais rápido.
3. Os telescópios e outro equipamento astronómico, graças à refracção, podem produzir imagens que não podem ser vistas a olho nu.
   A refracção da luz nas lentes dos telescópios permite que a luz seja recolhida em foco, assegurando uma investigação de alta precisão.
4. Os binóculos e instrumentos similares também funcionam de acordo com os princípios acima descritos. Incluem também microscópios.
5. O equipamento fotográfico e de vídeo, e mais precisamente a sua óptica, utilizam a refracção da luz.
6. Fibras ópticas que transmitem grandes quantidades de informação a qualquer distância.

Vídeo lição: Conclusão sobre a lei da refracção da luz.

A refracção da luz é um fenómeno que é causado pelas características dos diferentes meios de comunicação. Pode ser observado no ponto em que estão combinados; o ângulo de deflexão depende da diferença entre as substâncias. Esta característica é amplamente utilizada na ciência e tecnologia modernas.