A refração da luz ocorre quando a luz muda de meio, alterando sua velocidade e, consequentemente, sua direção. Esse fenômeno é descrito pelas leis de Snell-Descartes, que relacionam os índices de refração e os ângulos de incidência e refração. O índice de refração varia com a frequência da luz, resultando em diferentes desvios para diferentes cores, o que pode levar a fenômenos como a formação de arco-íris.

1. Refração da luz

2. Refração da luz
Quando a luz incide na superfície de separação de dois meios, para além
de ser refletida também pode ser transmitida.
É o que acontece quando a luz visível passa do ar para a água ou para o
vidro, meios transparentes à luz visível.
Quando a luz passa de um meio para outro, a sua velocidade altera-se pois
depende das características do meio.
A variação da velocidade provoca, em geral, um desvio da direção da luz.

3. Refração da luz
A luz sofre um desvio quando muda de meio pois a sua velocidade de
propagação é alterada.
É este desvio que explica, por exemplo, a
«quebra» de uma colher mergulhada em
água.
Ao desvio da direção de propagação da
luz quando esta muda de meio chama-se
refração da luz.
A «quebra» aparente da colher é devida
ao desvio da luz quando muda de meio.
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4. Refração da luz
Desvio da direção de propagação da onda ao passar de um meio para
outro, associado à diferente velocidade de propagação nos meios.
Quanto maior for a diferença de velocidades, maior será o desvio.
Refração de uma onda eletromagnética:

5. Refração da luz
Em geral, a refração da luz ocorre em simultâneo com a reflexão e com a
absorção.
Se a luz incidir na face de um bloco
paralelepipédico de vidro, chamado «lâmina
de faces paralelas», ela reflete-se e refrata-se
na fronteira ar-vidro; transmite-se depois no
vidro até encontrar a fronteira vidro-ar; aí
volta a refletir-se e a refratar-se, passando
para o ar novamente com um desvio.
Na lâmina de faces paralelas são notórias
duas reflexões e duas refrações da luz.
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6. Refração da luz
O desvio da onda eletromagnética quando passa de um meio para outro
meio diferente depende do índice de refração (símbolo n) de cada meio
para essa luz.
O índice de refração de um meio é a razão entre o módulo da velocidade
de propagação da onda eletromagnética no vazio, c, e o módulo da
velocidade de propagação da onda nesse meio, v:
𝑛=
𝑐
𝑣

7. Refração da luz
Índice de refração de um meio para uma onda eletromagnética, n
― Não tem unidades (grandeza adimensional): é uma razão entre módulos de
velocidades.
― É maior do que 1 em materiais comuns (vidro, água, plástico), pois c é a
velocidade máxima de propagação; depende também da frequência da luz.
― Como a velocidade da luz no ar é aproximadamente igual à do vácuo para
qualquer frequência (var c
≃ ), então nar = 1,000.
― Como c é constante, o produto n v é constante: n e v são inversamente
proporcionais (quanto maior for o índice de refração menor será a
velocidade de propagação da onda).

8. Refração da luz
O índice de refração num mesmo vidro é
diferente para luz visível com diferentes
frequências: embora o meio seja o mesmo, os
índices de refração são diferentes pois as
frequências da luz são diferentes.
Luz nvidro
Vermelha 1,513
Laranja 1,514
Amarela 1,517
Verde 1,519
Azul 1,526
Anil 1,528
Violeta 1,532
Quando o índice de refração aumenta a
velocidade de propagação diminui; quanto
menor for a velocidade de propagação no meio,
maior será o desvio da luz quando passa do ar
para o vidro ou do vidro para o ar.

9. Refração da luz
A diferença entre os índices de refração da luz visível com diferentes
frequências, na água e no vidro, explica a formação do arco-íris ou a
decomposição da luz branca por um prisma de vidro já estudada por
Newton.
A refração da luz branca origina um arco-íris.
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10. Refração da luz
Como os fenómenos de reflexão e absorção ocorrem simultaneamente
com o da refração, a intensidade da onda refratada é inferior à intensidade
da onda incidente.
A percentagem de luz refratada depende da frequência da onda, do ângulo
de incidência e dos materiais constituintes dos meios.
A frequência da onda refratada é igual à da incidente pois a frequência só
depende da fonte emissora.

11. Refração da luz
Ao passar de um meio 1 para outro 2 a velocidade de propagação da onda
muda e também o comprimento de onda:
𝐯=𝛌𝐟 →
{𝑣1=𝜆1 𝑓
𝑣2=𝜆2 𝑓
E como v1 ≠ v2, então λ1 ≠ λ2
Podemos estabelecer uma relação entre os índices de refração de uma
onda nos meios 1 e 2 e os respetivos comprimentos de onda.
𝑛=
𝑐
𝑣
⇔ 𝒄=𝒏𝒗
Como,
𝒏𝟏𝒗𝟏=𝒏𝟐 𝒗𝟐

12. Refração da luz
E, uma vez que v = λ f, vem n1 v1 = n2 v2 ⇔ n1 λ1 f = n2 λ2 f, ou seja,
𝒏𝟏 𝝀𝟏=𝒏𝟐 𝝀𝟐→𝒔𝒆𝒏𝟏<𝒏𝟐→ 𝝀𝟏>𝝀𝟐
Concluímos que o comprimento de onda
e o índice de refração são inversamente
proporcionais.
Quando a luz passa do ar, cujo índice
de refração é cerca de 1, para a água,
cujo índice de refração é superior a 1, a
velocidade de propagação e o
comprimento de onda diminuem.

13. Refração da luz
O fenómeno da refração pode ser descrito usando raios luminosos.
Os desvios da direção de propagação da onda – indicada pelos raios
luminosos – são determinados a partir das Leis da Refração,
formuladas no século XVII pelo holandês Willebrord Snell e pelo francês
René Descartes.
Quando a luz muda de meio de propagação, como a frequência se
mantém, é possível verificar que o módulo da velocidade e o
comprimento de onda são diretamente proporcionais pela expressão:
𝐯 =𝛌 𝐟 ⇔ 𝑓 =
𝑣
𝜆

14. Refração da luz
Leis da Refração (Leis de Snell-Descartes)
1. O raio incidente (i) na superfície de separação de dois meios, a normal à
superfície no ponto de incidência (n) e o raio refratado (R) estão no
mesmo plano.
2. Os índices de refração n1 e n2, o ângulo de incidência, α1, e o ângulo de
refração, α2, relacionam-se por
n1 sin α1 = n2 sin α2
O ângulo de incidência é formado pelo raio incidente e pela normal no ponto
de incidência; o ângulo de refração é formado pelo raio refratado e pela
normal no ponto de incidência.
Se α1 = 0° (incidência perpendicular), α2 = 0°: não há desvio da luz.

15. Refração da luz
A expressão da Lei da Refração mostra que se o índice de refração de um
meio for superior ao do outro, para que o produto entre estas grandezas e
os senos dos ângulos nos respetivos meios se mantenha igual, o seno do
ângulo no meio onde o índice de refração for menor tem de ser superior
ao seno do ângulo no meio com maior índice de refração.
A luz passa de um meio de menor
índice de refração para um meio de
maior índice de refração: desvia-se,
aproximando-se da normal.
αrefração < αincidência

16. Refração da luz
A luz passa de um meio de maior índice de refração para um meio de menor
índice de refração: desvia-se, afastando-se da normal.
αrefração > αincidência

17. Selecione a opção correta.
maior comprimento de onda e maior velocidade de propagação.
(A)
menor comprimento de onda e maior velocidade de propagação.
(B)
maior comprimento de onda e menor velocidade de propagação.
(C)
menor comprimento de onda e menor velocidade de propagação.
(D)
ATIVIDADE
Quando um feixe de luz laser incide na superfície de separação ar-glicerina
sofre refração. Quando a luz passa para a glicerina (nglicerina=1,90) passa a
ter:

18. (D) menor comprimento de onda e menor velocidade de propagação.
Como a frequência da luz é a mesma nos dois meios, a razão não
altera. O índice de refração é inversamente proporcional à velocidade
de propagação da luz. Como nglicerina> nar então vglicerina< var. Como v e λ
são diretamente proporcionais λglicerina<λar
Resolução:
ATIVIDADE
Selecione a opção correta.
Quando um feixe de luz laser incide na superfície de separação ar-
glicerina sofre refração. Quando a luz passa para a glicerina
(nglicerina=1,90) passa a ter: