A lei de Snell descreve como a luz se curva ao passar entre meios de diferentes densidades, como do ar para a água ou vidro. Essa curvatura (refração) é a razão pela qual um canudo na água parece torto e porque as lentes focalizam a luz. Compreender a refração é essencial para a óptica, o design de lentes e a compreensão de fenômenos como miragens e arco-íris.
A Fórmula
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
Onde:
- n₁ = índice de refração do primeiro meio
- θ₁ = ângulo de incidência (do normal)
- n₂ = índice de refração do segundo meio
- θ₂ = ângulo de refração (do normal)
Os ângulos são sempre medidos a partir da normal (perpendicular) à superfície, e não da própria superfície.
Índices de refração comuns
| Médio | Índice de refração |
|---|---|
| Vácuo | 1.0 |
| Ar | 1,0003 ≈ 1,0 |
| Água | 1.33 |
| Vidro | 1,5 – 1,9 |
| Diamante | 2.42 |
Um índice de refração mais alto significa que a luz viaja mais lentamente nesse meio.
Exemplo trabalhado
A luz viaja do ar (n=1,0) para a água (n=1,33) em um ângulo de incidência de 45°.
1.0 × sin(45°) = 1.33 × sin(θ₂)
sin(θ₂) = sin(45°) / 1.33 = 0.707 / 1.33 = 0.531
θ₂ = arcsin(0.531) = 32.1°
A luz se curva em direção ao normal ao entrar em um meio mais denso. O raio refratado está mais próximo da normal (32,1°) do que o raio incidente (45°).
Ângulo Crítico e Reflexão Interna Total
Quando a luz viaja de um meio mais denso para um meio menos denso (por exemplo, do vidro para o ar), há um ângulo crítico além do qual a luz não é refratada, mas sim refletida inteiramente de volta. Esta é uma reflexão interna total:
sin(θc) = n₂ / n₁
Para vidro (n=1,5) para ar (n=1,0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
Ângulos de incidência maiores que 41,8° causam reflexão interna total. Este princípio permite que a fibra óptica retenha a luz.
Aplicativos
Lentes: O formato da lente e o índice de refração trabalham juntos para focar ou divergir a luz. Refração mais forte (n mais alto) significa que lentes mais finas podem atingir a mesma distância focal.
Prismas: A refração em diferentes comprimentos de onda (dispersão) separa a luz branca em um espectro.
Fibra Óptica: A reflexão interna total contém sinais de luz dentro de cabos de fibra óptica.
Pontas
Sempre meça ângulos a partir da normal, não da superfície. Quando a luz entra em um meio mais denso, ela se curva em direção ao normal. Ao sair de um meio mais denso, ele se afasta do normal. Essa assimetria é a razão pela qual as piscinas parecem mais rasas do que realmente são.
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