Refracção da luz

Refracção é a flexão da luz (também acontece com som, água e outras ondas) à medida que passa de uma substância transparente para outra.

Esta flexão por refracção permite-nos ter lentes, lupas, prismas e arco-íris. Até os nossos olhos dependem desta curvatura de luz. Sem refracção, não seríamos capazes de focar a luz na nossa retina.

A mudança de velocidade provoca uma mudança de direcção

A luz refracta sempre que viaja num ângulo para uma substância com um índice de refracção diferente (densidade óptica).

Esta mudança de direcção é causada por uma mudança de velocidade. Por exemplo, quando a luz viaja do ar para a água, abranda, fazendo com que continue a viajar num ângulo ou direcção diferente.

Quanto se dobra a luz?

A quantidade de curvatura depende de duas coisas:

• Mudança na velocidade – se uma substância faz com que a luz acelere ou abrande mais, irá refractar (curvar) mais.
• Angulo do raio incidente – se a luz entrar na substância num ângulo maior, a quantidade de refracção será também mais perceptível. Por outro lado, se a luz estiver a entrar na nova substância a partir do ângulo recto (a 90° para a superfície), a luz continuará a abrandar, mas não mudará de direcção em absoluto.

Índice de refracção de algumas substâncias transparentes

Substância

Índice de refracção

Velocidade da luz na substância
(x 1,000,000 m/s)

Angulo de refracção se
raio incidente entra
substância a 20º

Air

Água

Glass

Diamond

Todos os ângulos são medidos a partir de uma linha imaginária desenhada a 90° para a superfície das duas substâncias Esta linha é desenhada como uma linha pontilhada e é chamada de normal.

Se a luz entrar em qualquer substância com um índice de refracção mais elevado (tal como do ar para o vidro), abranda. A luz curva para a linha normal.

Se a luz entra numa substância com um índice de refracção mais baixo (tal como da água para o ar), acelera. A luz curva-se para longe da linha normal.

Um índice de refracção mais elevado mostra que a luz vai abrandar e mudar mais de direcção à medida que entra na substância.

Lentes

Uma lente é simplesmente um bloco curvo de vidro ou plástico. Existem dois tipos de lentes.

Uma lente biconvexa é mais espessa no meio do que nas extremidades. Este é o tipo de lente utilizada para uma lupa. Os raios paralelos de luz podem ser focados num ponto focal. Uma lente biconvexa é chamada lente convergente.

Uma lente biconvexa é mais fina no meio do que nas bordas. Os raios de luz refractam-se para fora (espalham-se para fora) à medida que entram na lente e novamente à medida que saem.

Refracção pode criar um espectro

Isaac Newton realizou uma famosa experiência utilizando um bloco triangular de vidro chamado prisma. Ele usou a luz do sol a brilhar pela sua janela para criar um espectro de cores no lado oposto do seu quarto.

Esta experiência mostrou que a luz branca é de facto feita de todas as cores do arco-íris. Estas sete cores são recordadas pela sigla ROY G BIV – vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta.

Newton mostrou que cada uma destas cores não pode ser transformada em outras cores. Mostrou também que podem ser recombinadas para fazer luz branca novamente.

A explicação para as cores que se separam é que a luz é feita de ondas. A luz vermelha tem um comprimento de onda mais longo do que a luz violeta. O índice de refracção da luz vermelha no vidro é ligeiramente diferente do da luz violeta. A luz violeta abranda ainda mais do que a luz vermelha, por isso é refracta num ângulo ligeiramente maior.

O índice de refracção da luz vermelha no vidro é 1,513. O índice de refracção da luz violeta é de 1.532. Esta ligeira diferença é suficiente para que os comprimentos de onda mais curtos da luz sejam mais refractados.

Arco-íris

Um arco-íris é causado porque cada cor refracta em ângulos ligeiramente diferentes à medida que entra, reflecte o interior e depois deixa cada pequena gota de chuva.

Um arco-íris é fácil de criar utilizando um frasco pulverizador e a luz do sol. O centro do círculo do arco-íris será sempre a sombra da sua cabeça no chão.

O arco-íris secundário que por vezes pode ser visto é causado por cada raio de luz que reflecte duas vezes no interior de cada gota antes de sair. Este segundo reflexo faz com que as cores do arco-íris secundário sejam invertidas. O vermelho está no topo para o arco-íris primário, mas no arco-íris secundário, o vermelho está no fundo.