Ótica Geométrica
Marcelo Gomes da Silva; Prof. José Roberto Tagliati
A Bolha de Sabão
O Arco-íris
O que tudo isso tem em comum? Eles compartilham de um princípio físico que nos permite descrever fenômenos, funcionamento de muitos equipamentos e a visão. A refração está por trás de tudo isso, foi estuda por Descartes, Newton, Fresnel e muito outros, para descrição de vários fenômenos.
Comparando uma explicação para a bolha e para o arco-íris:
Aplicação:
A fibra óptica é um filamento de vidro, que também pode ser de material produzido com polímero, que tem alta capacidade de transmitir os raios de luz. Ela foi inventada pelo físico indiano Narinder Singh Kapany.
O funcionamento desses cabos ocorre de forma bem simples. Cada filamento que constitui o cabo de fibra óptica é basicamente formado por um núcleo central de vidro, por onde ocorre a transmissão da luz, que possui alto índice de refração e de uma casca envolvente, também feita de vidro, porém com índice de refração menor em relação ao núcleo. A transmissão da luz pela fibra óptica segue o princípio da reflexão. Em uma das extremidades do cabo óptico é lançado um feixe de luz que, pelas características ópticas da fibra, percorre todo o cabo por meio de sucessivas reflexões até chegar ao seu destino final. Os feixes de luz que penetram no cabo óptico sofrem várias reflexões na superfície de separação entre os dois vidros que o formam e dessa maneira a luz caminha, podendo percorrer vários quilômetros de distância, uma vez que a energia nas reflexões não é calculável. Utilizadas como meio para transmissão de ondas eletromagnéticas, como a luz, por exemplo, elas são feitas em vidro porque esse material absorve menos essas ondas.
SANTOS, Marco Aurélio Da Silva. “Fibra Óptica”; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/fibra-optica.htm>. Acesso em 07 de janeiro de 2016.
http://computer.howstuffworks.com/fiber-optic2.htm
Vídeo:
Como é fabricada a fibra óptica:
Considerações teóricas e testes de conhecimento:
Simulação:
http://www.walter-fendt.de/html5/phen/refraction_en.htm
Leis de Refração
Chamamos de refração da luz o fenômeno em que ela é transmitida de um meio para outro diferente.
Nesta mudança de meios a frequência da onda luminosa não é alterada, embora sua velocidade e o seu comprimento de onda sejam.
Com a alteração da velocidade de propagação ocorre um desvio da direção original.
Para se entender melhor este fenômeno, imagine um raio de luz que passa de um meio para outro de superfície plana, conforme mostra a figura abaixo:
Onde:
· Raio 1 é o raio incidente, com velocidade e comprimento de onda característico;
· Raio 2 é o raio refratado, com velocidade e comprimento de onda característico;
· A reta tracejada é a linha normal à superfície;
· O ângulo formado entre o raio 1 e a reta normal é o ângulo de incidência;
· O ângulo formado entre o raio 2 e a reta normal é o ângulo de refração;
· A fronteira entre os dois meios é um dioptro plano.
Conhecendo os elementos de uma refração podemos entender o fenômeno através das duas leis que o regem.
1ª Lei da Refração
A 1ª lei da refração diz que o raio incidente (raio 1), o raio refratado (raio 2) e a reta normal ao ponto de incidência (reta tracejada) estão contidos no mesmo plano, que no caso do desenho acima é o plano da tela.
2ª Lei da Refração – Lei de Snell
A 2ª lei da refração é utilizada para calcular o desvio dos raios de luz ao mudarem de meio, e é expressa por:
No entanto, sabemos que:
Além de que:
Ao agruparmos estas informações, chegamos a uma forma completa da Lei de Snell:
Vamos fazer um comparativo utilizando um exercício resolvido e o simulador:
Experimento:
Para que fique mais claro o efeito da refração, vamos abordar um experimento clássico a decomposição da luz, assim como Newton no século dezoito.
Material:
Prisma triangular
Fonte de luz policromática
Uma base rotatória
Um anteparo, pode ser uma folha, a parede, mas tem que ser branco.
O que foi observado? Temos que obter um espectro de cor coincidente com o arco-íris, algumas cores não serão possíveis ser observadas, pode ser abordado o porque delas não serem vistas.
A principal função dessa experiência é confirmar a teoria apresentada sobre a refração não necessariamente deve ser utilizado um prisma, pode ser outros materiais que tem a mesmo princípio e assim poderemos ver o efeito sendo explorado no dia a dia.
Referencias:
- http://www.geocities.ws/saladefisica5/index-2.html
- Fundamentos da Física volume II – Ramalho.