Grade 10
  1. Mecânica  1.1. Dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração  1.1.6. Representação gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Movimento projetil  1.1.10. Velocidade relativa  1.2. Dinâmica  1.2.1. Leis do Movimento de Newton  1.2.2. Inércia e massa  1.2.3. Força e seus tipos  1.2.4. força de ação e reação  1.2.5. Fricção e seus efeitos  1.2.6. Coeficiente de atrito  1.2.7. Movimento circular  1.2.8. Força centrípeta e aceleração centrípeta  1.2.9. Momento e Impulso  1.2.10. Conservação do momento  1.2.11. A terceira lei de Newton e aplicações  1.3. Trabalho, Energia e Potência  1.3.1. Trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema do trabalho–energia  1.3.3. Energia cinética  1.3.4. Energia potencial  1.3.5. Energia Mecânica  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.3.8. Renewable and non-renewable energy sources  1.4. Força gravitacional  1.4.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional e intensidade do campo  1.4.3. Aceleração da gravidade em diferentes planetas  1.4.4. As leis do movimento planetário de Kepler  1.4.5. Órbitas e satélites  1.4.6. Peso e peso aparente  1.4.7. Energia potencial gravitacional
  2. Properties of matter  2.1. Estados da Matéria  2.1.1. Sólido, líquido e gás  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Forças intermoleculares  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose–Einstein  2.2. Pressão  2.2.1. Definição de Pressão  2.2.2. Pressão em líquidos  2.2.3. Pressão atmosférica  2.2.4. Princípio de Pascal  2.2.5. Princípio de Arquimedes e Flutuabilidade  2.2.6. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Elasticidade  2.3.1. Lei de Hooke  2.3.2. Tensão e deformação  2.3.3. Limite de Elasticidade e Módulo de Elasticidade  2.3.4. Aplicações da Elasticidade
  3. Física térmica  3.1. calor e temperatura  3.1.1. Diferença Entre Calor e Temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Expansão térmica  3.1.4. Equilíbrio térmico  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condutividade  3.2.2. Convecção  3.2.3. Radiação  3.2.4. Isolamento e suas aplicações  3.3. Propriedades térmicas da matéria  3.3.1. Capacidade térmica específica  3.3.2. Calor latente e mudança de fase  3.3.3. Ponto de Ebulição e Fusão  3.3.4. Motores térmicos e refrigeração  3.4. Laws of Thermodynamics  3.4.1. Lei zero da termodinâmica  3.4.2. Primeira lei da termodinâmica  3.4.3. Segunda lei da termodinâmica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas e óptica  4.1. A natureza e as propriedades das ondas  4.1.1. Tipos de ondas na natureza e propriedades das ondas  4.1.2. Ondas transversais e longitudinais  4.1.3. Parâmetros das ondas  4.1.4. Reflexão e refração de ondas  4.1.5. Superposição e Interferência  4.1.6. Ondas estacionárias e ressonância  4.1.7. Efeito Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características das ondas sonoras  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Aplicações das ondas sonoras  4.2.4. Ultrassom e seus usos  4.3. Ondas de Luz e Óptica  4.3.1. Natureza da luz  4.3.2. Reflexão da luz  4.3.3. Leis da reflexão  4.3.4. Espelhos e Formação de Imagens  4.3.5. Refração da luz  4.3.6. Lei de Snell  4.3.7. Lentes e Formação de Imagens  4.3.8. Reflexão interna total e ângulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Optical Instruments  4.4.1. Microscópio  4.4.2. Telescope  4.4.3. Olho humano e defeitos de visão  4.4.4. Câmera e seu princípio de funcionamento
  5. Eletricidade e Magnetismo  5.1. Eletrostática  5.1.1. Electric charge and its properties  5.1.2. Condutores e Isolantes  5.1.3. Lei de Coulomb  5.1.4. Campo elétrico e linhas de campo  5.1.5. Potencial elétrico e diferença de potencial  5.1.6. Capacitores e Capacitância  5.2. Eletricidade Corrente  5.2.1. Corrente elétrica e sua medição  5.2.2. Lei de Ohm  5.2.3. Resistência e resistividade  5.2.4. Circuitos em Série e Paralelos  5.2.5. Energia e potência elétrica  5.2.6. Leis de Kirchhoff  5.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  5.3.1. Campo magnético e linhas de campo  5.3.2. Efeitos magnéticos da corrente elétrica  5.3.3. Indução eletromagnética  5.3.4. Leis de Faraday da indução eletromagnética  5.3.5. Transformadores e Aplicações  5.3.6. Corrente AC e DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estrutura do átomo  6.1.2. Modelo atômico de Bohr  6.1.3. Níveis de Energia dos Elétrons  6.1.4. Raios-X e aplicações  6.2. Radioatividade  6.2.1. Tipos de radiação  6.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  6.2.3. Reações nucleares e aplicações  6.2.4. Fissão e Fusão  6.3. Física quântica  6.3.1. Dualidade onda-partícula  6.3.2. Efeito Fotoelétrico  6.3.3. Quantização de energia  6.3.4. Princípio da incerteza de Heisenberg
  7. Eletrônica e Comunicação  7.1. Semicondutores  7.1.1. Condutores, Isolantes e Semicondutores  7.1.2. Diodos e suas aplicações  7.1.3. Transistores e Portas Lógicas  7.1.4. LEDs e fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicação  7.2.1. Noções básicas de comunicação  7.2.2. Analog and digital signals  7.2.3. Comunicação sem fio e por fibra óptica  7.2.4. Ondas de Rádio e Modulação

Grade 10 → Ondas e óptica → Ondas de Luz e Óptica ↓


Refração da luz


A refração da luz é um fenômeno fascinante, onde o caminho da luz muda quando passa de um meio transparente para outro. Essa mudança de direção ocorre devido à mudança de velocidade que acontece quando a luz entra em um meio com densidade diferente. Para entender esse conceito, vamos considerar a natureza da luz e seu comportamento na fronteira de dois meios diferentes.

Princípios básicos

Quando a luz passa por um meio, ela viaja em linha reta. Essa afirmação é verdadeira até que a luz atinja a fronteira de outro meio. Nesta fronteira, a luz pode se refletir ou refratar. Se ela se refratar, o que significa que passa para o novo meio, sua velocidade muda e, geralmente, sua direção também muda, a menos que atinja a fronteira em um ângulo reto.

Por que a refração ocorre?

A refração ocorre porque a luz viaja em velocidades diferentes em diferentes meios. Por exemplo, a luz viaja mais rápido no ar do que na água. Quando um feixe de luz entra na água proveniente do ar, ele desacelera. Essa mudança de velocidade curva o feixe de luz. A extensão à qual a luz se curva depende do índice de refração dos dois meios.

Índice de refração

O índice de refração é um número adimensional que descreve como a luz se propaga em um meio. Pode ser definido como a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio. A fórmula é dada como:

        n = c / v

Onde:

  • n é o índice de refração
  • c é a velocidade da luz no vácuo (~299,792,458 m/s)
  • v é a velocidade da luz no meio

Por exemplo, o índice de refração do ar é cerca de 1.0003, que é muito próximo de 1. O índice de refração da água é cerca de 1.33, o que significa que a luz viaja mais devagar na água do que no ar.

Lei de Snell

A Lei de Snell descreve quantitativamente a refração da luz. Ela declara a relação entre o ângulo de incidência e refração quando a luz passa pela fronteira de dois meios:

        n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)

Onde:

  • n1 é o índice de refração do primeiro meio
  • θ1 é o ângulo de incidência (o ângulo entre o raio incidente e a normal à superfície)
  • n2 é o índice de refração do segundo meio
  • θ2 é o ângulo de refração (ângulo entre o raio refratado e a normal)

Exemplo

Vamos considerar um exemplo onde um raio de luz entra na água proveniente do ar. Vamos assumir que o ângulo de incidência é de 30 graus. Dado que o índice de refração do ar é aproximadamente 1 e o da água é 1.33, podemos encontrar o ângulo de refração rearranjando a lei de Snell:

        1 * sin(30°) = 1.33 * sin(θ2)
        sin(θ2) = sin(30°) / 1.33
        sin(θ2) ≈ 0.3751
        θ2 ≈ arcsin(0.3751)
        θ2 ≈ 22.09°

Esse cálculo mostra que o raio de luz se curva em direção à normal assim que entra no meio mais denso.

Aplicações no mundo real

Lente

As lentes são um exemplo clássico de uso da refração para focar ou dispersar raios ao curvar a luz. As lentes em câmeras, óculos e lupas direcionam a luz para manipular imagens.

Miragem

As miragens ocorrem devido à refração da luz na atmosfera. Quando a luz viaja uma longa distância através de camadas de ar com diferentes temperaturas, ela se curva, criando uma ilusão óptica como água nas estradas.

Prisma

Um prisma é um elemento óptico transparente com superfícies planas que refratam a luz. Quando a luz passa por um prisma, ela é refratada e dispersa em suas cores componentes, formando um espectro, pois diferentes comprimentos de onda de luz são refratados em ângulos ligeiramente diferentes.

Visualização da refração

Para entender melhor como a luz se comporta quando é refratada, vamos olhar para isso com um exemplo simples. Imagine um canudo em um copo de água.

Ar Água

Neste diagrama, o canudo parece dobrado na superfície onde o ar e a água se encontram. Esta dobra é causada pela refração da luz à medida que ela passa da água para o ar. Os raios de luz provenientes da parte do canudo submersa na água são refratados quando deixam a água e entram no ar, criando a ilusão de um canudo dobrado.

Ângulo crítico e reflexão interna total

A refração tem seus limites. Quando a luz viaja de um meio mais denso para um meio menos denso, pode atingir um ponto onde não se refrata. Este ponto é conhecido como ângulo crítico. Em ângulos maiores que o ângulo crítico, a luz sofre reflexão interna total, onde é completamente refletida de volta para o meio mais denso.

O ângulo crítico pode ser calculado usando a lei de Snell, com o ângulo de refração ajustado para 90 graus.

        n1 * sin(θc) = n2 * sin(90°)
        θc = arcsin(n2/n1)

Considere o exemplo de luz se movendo da água (n = 1.33) para o ar (n = 1):

        θc = arcsin(1 / 1.33)
        θc ≈ 48.75°

Para ângulos de incidência maiores que 48.75 graus, a luz não se refratará no ar, mas será completamente refletida na água. Fibras óticas aproveitam esse fenômeno para capturar luz no cabo, permitindo que dados viajem por longas distâncias.

Fatores que afetam a refração

Comprimento de onda da luz

Diferentes comprimentos de onda da luz são refratados por quantidades diferentes. Comprimentos de onda mais curtos (como azul e violeta) são mais refratados do que comprimentos de onda mais longos (como vermelho) devido ao seu maior grau de curvatura. É por isso que prismas criam um espectro de arco-íris.

Propriedades do material

A estrutura e as propriedades de um material também afetam a refração. Por exemplo, o diamante tem um índice de refração muito alto, o que o faz brilhar quando a luz é refratada.

Conclusão

Compreender a refração da luz abre a porta para muitos avanços científicos e tecnológicos. Desde fenômenos simples como um canudo dobrando em um copo de água até aplicações complexas como fibras óticas, lentes e prismas, a refração mostra o poder da simplicidade da natureza e seu impacto em nosso mundo.

É essencial entender esses conceitos fundamentais, pois eles servem como base para novos estudos em física e engenharia, onde a luz governa os princípios da óptica e desempenha um papel integral na inovação moderna.


Grade 10 → 4.3.5


U
username
0%
concluído em Grade 10

← Anterior (4.3.4)
Espelhos e Formação de Imagens
Próximo (4.3.6) →
Lei de Snell

Comentários 



Refração da luz

https://www.physicsflow.com/g10/4.3.5?pfal=pt