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4. Refração e reflexão

4. Refração e reflexão. Narciso- Michelangelo Caravaggio- 1598. Raios de luz. Diagramas com raios de luz para localização de imagens Propriedades dos raios de luz Propagação retilínea em meio homogêneo Independência reversibilidade. 4. Refração e Reflexão.

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Presentation Transcript

  1. 4. Refração e reflexão Narciso- Michelangelo Caravaggio- 1598 FGE 160- 1o. sem. 2007

  2. Raios de luz • Diagramas com raios de luz para localização de imagens • Propriedades dos raios de luz • Propagação retilínea em meio homogêneo • Independência • reversibilidade 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  3. Em um meio homogêneo a luz se propaga em linha reta Propagação retilínea dos raios de Luz Câmara escura 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  4. Princípio da independência dos raios A propagação da luz independe da existência de outros raios de luz na região que atravessa. 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  5. Reversibilidade dos raios luminosos 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  6. Reflexão especular e reflexão difusa Superfície polida Reflexão especular Superfície com rugosidade Reflexão difusa (ou espalhamento) 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  7. i r Raio incidente Raio refletido Interface entre os dois meios Plano de incidência Lei da Reflexão Normal 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  8. Como vemos um objeto não luminoso? Modelo grego: os olhos emitiriam partículas que tornavam os objetos visíveis O objeto espalha raios de luz provenientes de uma fonte luminosa e estes alcançam nossos olhos 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  9. E se o objeto é transparente? Por que a água e vidro são transparentes? Foto com reconstrução da imagem por computador para tornar visível o cubo de gelo no copo 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  10. E se o objeto é transparente? 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  11. Refração • Ao passar de um meio para outro, há uma mudança na direção de propagação da luz Bastão mergulhado em um copo com água (a) Vertical (b) inclinado 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  12. Meio 1 1 Meio 2 2 Refração – Lei de Snell Para um dado par de meios 1 e 2: Cte  depende dos materiais dos quais são feitos os meios, índice de refração 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  13. Índice de Refração O desvio que a direção de propagação da luz sofre ao passar do meio 1 para o meio 2 depende da velocidade em cada meio. n12=v1/v2 Meio 1  vácuo v1=c=3x108m/s n=c/v A velocidade da luz é menor na água ou no vidro, do que no vácuo 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  14. Meio 1 1 Meio 2 2 Lei de Snell FGE 160- 1o. sem. 2007

  15. De que material deveria ser feito o homem invisível? Ele poderia enxergar? 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  16. Índice de Refração • Ao passar de um meio de índice de refração menor para um maior, a direção de propagação da luz se aproxima da normal Reversibilidade 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  17. ar 2 água 1 Exemplo Meio 1=água n1=1,3 1=90o -60o=30o Meio 2 =ar n2=1,0 2=? sen2=(1,3 sen30o)/1,0=0,65  2 =40,5o =90o-40,5o=49,5o 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  18. P’ P Refração O peixe parece estar á uma profundidade menor do que a real 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  19. Refração mudança no comprimento de onda da onda refratada Observação em uma cuba de onda 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  20. Dispersãovariação do índice de refração com o comprimetno de onda 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  21. Situação limite Para 2=L  1=90o 1 aumenta n1 n1 1 L 2 n2>n1 n2>n1 2 aumenta Reflexão total interna n1sen1=n2sen2 1=90o, sen1=1 Para 2>L Somente reflexão interna Medida de L usado para determinação de índice de refração de líquidos ou vidros 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  22. Reflexão total interna 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  23. Como o peixe vê um banhista? http://www.searadaciencia.ufc.br/tintim/fisica/refracao/refracao5.htm 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  24. Fibra ótica comunicação endoscopia 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  25. Fibra ótica 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  26. Arco Iris 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  27. Miragens • Miragens acontecem quando os raios de luz que atingem nossos olhos atravessaram um meio não homogêneo (o ar) onde o índice de refração não é constante, devido normalmente à variações de temperatura 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  28. Miragens http://educar.sc.usp.br/otica/ 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  29. Miragens • A miragem mais comum é a observada quando a temperatura do ar é mais elevada nas camadas mais próximas da superfície porém, em regiões muito frias, ou no mar, pode ocorrer o contrário, o ar nas camadas mais baixas é mais frio. Essas miragens assustaram muitos navegadores nos séculos passados. http://www.islandnet.com/~see/weather/elements/mirage1.htm 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  30. Miragens Os objetos podem aparecer flutuando no céu, como na figura, ou simplesmente aparecer no horizonte, em uma posição mais alta do que realmente se encontra, como acontece no pôr do sol. 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  31. Demonstração da lei de Snell • usando o princípio de Huygens • usando o princípio de Fermat 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  32. Todos os pontos de uma frente de onda podem ser considerados como fontes de onda secundárias que se espalham pra fora com uma velocidade igual à velocidade de propagação da onda. Princípio de Huygens 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  33. Meio 1 n1 Frente de onda A’ 1 Pela figura vemos que: 1 A 2 B’ Meio 2 n2 n2>n1 B 2 Como n1 = c / v1 e n2 = c / v2 Princípio de Huygens Num certo intervalo de tempo t, a onda se desloca de AA’ até BB O trecho AB é percorrido no meio 2, com velocidade v2 e o trecho A’B’ é percorrido no meio 1, com velocidade v1. Então: 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  34. d P r1 1 1 a n1 x d-x r2 b n2 2 2 P’ Princípio de Fermat Quando um raio de luz propaga-se entre dois pontos P e P’ quaisquer, a trajetória seguida é aquela que requer o menor tempo de percurso v1=c/n1, v2=c/n2 r1= distância percorrida no meio 1 r2=distância percorrida no meio 2 Tempo total para percurso PP’=t Escolhendo diferentes valores de x, pode-se tomar diferentes trajetórias entre P e P’ 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  35. Princípio de Fermat Para obter o tempo mínimo vamos derivar a expressão anterior, em relação a x, e igualar a derivada a zero; Pela figura: 4. Refração e Reflexão FGE 160- 1o. sem. 2007

  36. 5. Polarização FGE 160- 1o. sem. 2007

  37. Onda eletromagnética Plano de vibração do campo elétrico  perpendicular à direção de propagação da onda Onda Não polarizada onda transversal Velocidade de propagação Onda polarizada Velocidade de propagação 5. Polarização FGE 160- 1o. sem. 2007

  38. Filtro de polarização Luz não polarizada Luz polarizada Professor visto entre dois polarizadores Professor visto entre dois polarizadores Professor Eixos dos polazidores alinhados perpendicularmente Eixos dos polazidores alinhados paralelos Polarizadores 5. Polarização FGE 160- 1o. sem. 2007

  39. Polarizadores – analogia mecânica 5. Polarização FGE 160- 1o. sem. 2007

  40. Luz incidente não polarizada Luz refletida polarizada Luz refratada parcialmente polarizada Polarização por reflexão Para um ângulo de incidência =B, chamado de ângulo de Breswter, a luz refletida é polarizada, com a direção de polarização paralela ao plano da superfície refletora Nessa situação: 1+2=90o Aplicando a Lei de Snell 5. Polarização FGE 160- 1o. sem. 2007

  41. Polarizadores Qual dos óculos acima é o mais adequado para eliminar reflexos ? http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/CLASS/light/u12l1e.html 5. Polarização FGE 160- 1o. sem. 2007

  42. Polarização por refração – refração dupla em cristais Os dois raios refratados na calcita são polarizados, com polarizações ortogonais http://en.wikipedia.org/wiki/Birefringence 5. Polarização FGE 160- 1o. sem. 2007

  43. 6. Espalhamento FGE 160- 1o. sem. 2007

  44. Luz azul espalhada Luz vermelha da estrela Luz azul espalhada Poeira inter-estelar Terra Espalhamento Desvio na direção de propagação da luz ao interagir com pequenas partículas de dimensões menores que o comprimento de onda da luz. 6. Espalhamento FGE 160- 1o. sem. 2007

  45. Por que o céu é azul? Estudos de Lord Rayleigh- espalhamento da luz por partículas com diâmetro </10 Partículas do ar (gotículas) , poeira, etc Intensidade do espalhamento (I) proporcional à -4 Maior intensidade de espalhamento para comprimentos de onda menores azul é mais espalhado do que vermelho 6. Espalhamento FGE 160- 1o. sem. 2007

  46. Referências • http://en.wikipedia.org/wiki/Opticswww.lightandmatter.com • http://educar.sc.usp.br/otica/ • http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/CLASS/BBoard.html • R. A . Serway, Física 3 para Cientistas e Engenheiros, 3ª. Edição. Editora Livros Técnicos e Científicos, (1996). Capítulo 35 • Sears e Zemansky- Física IV- Ótica e Física Moderna, 10ª. Ed., Addison Wesley (2004). Capítulo 34 FGE 160- 1o. sem. 2007

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