Questão 1
(UFRR) As fibras ópticas são fios extremamente finos, flexíveis e transparentes. São constituídas geralmente por náilon ou vidro. Quando um sinal luminoso é lançado nesses fios, a luz percorrerá a estrutura com velocidade próxima à que desenvolve no vácuo e, ao se chocar com a superfície de separação vidro/ar, não sofrerá refração, pois, o ângulo de incidência do raio de luz será sempre superior ao do ângulo limite, devido à espessura mínima do fio. Como consequência, haverá o fenômeno indicado corretamente na alternativa:
a) difusão;
b) interferência;
c) dispersão;
d) refração;
e) reflexão total.
Questão 2
(Unirg-TO) A fibra óptica é um filamento extremamente fino e flexível, feito de vidro, plástico ou outro isolante elétrico, muito utilizada nos exames médicos (endoscopias) ou nas telecomunicações, entre outras aplicações possíveis. A luz que incide em uma das extremidades de uma fibra óptica percorre seu interior como representado na figura a seguir.
O princípio físico de funcionamento de uma fibra óptica está representado no esquema a seguir. Nele, o retângulo representa a fibra óptica e os segmentos de reta indicam um feixe de luz, que, a partir do ar no lado esquerdo da fibra, incide sobre sua extremidade, percorre seu interior e sai na extremidade direita.
Nesse esquema, são observados os seguintes fenômenos ópticos:
a) difração e reflexão total.
b) difração e interferência.
c) refração e reflexão total.
d) refração e interferência.
Questão 3
Determinado raio de luz incide sobre a superfície de separação de dois meios com diferentes índices de refração. Sabendo que o raio de luz movimenta-se no sentido do maior para o menor índice de refração e que os valores dos índices de refração dos meios em questão são 2,5 e 3,5, determine, aproximadamente, o valor do ângulo limite.
a) 46°
b) 40°
c) 36°
d) 30°
e) 28°
Questão 4
Analise as seguintes afirmações a respeito da reflexão total da luz:
I – A reflexão total ocorre sempre que o ângulo de incidência da luz é maior que o ângulo limite, na passagem da região de maior para a de menor índice de refração;
II – A reflexão total ocorre sempre que o ângulo de incidência da luz é maior que o ângulo limite, na passagem da região de menor para a de maior índice de refração;
III – O ângulo limite sempre é igual a 90°;
IV – O núcleo de uma fibra óptica é a região de maior índice de refração.
Está correto o que se afirma em:
a) I e III
b) II, III e IV
c) I, II e IV
d) I e IV
e) I e II
Respostas
Resposta Questão 1
Letra E
A reflexão total ocorre quando a luz incide com um ângulo superior ao ângulo determinado como limite. A incidência deve ocorrer entre a superfície de separação de um meio com maior índice de refração para outro de menor índice.
Resposta Questão 2
Letra C
Ao entrar na fibra óptica, a luz sofre mudança de meio de propagação, o que caracteriza o fenômeno da refração. A propagação da luz na fibra só é possível graças ao fenômeno da reflexão total.
Resposta Questão 3
Letra A
O seno do ângulo limite é determinado pela razão entre o menor e o maior índice de refração. Sendo assim, podemos escrever:
senθLIMITE = 2,5 ÷ 3,5
senθLIMITE ≈ 0,71
O ângulo de 46° possui o valor de seno mais próximo de 0,71.
sen46° = 0,719
Resposta Questão 4
Letra D
I – Verdadeira;
II – Falsa. A reflexão total ocorre sempre que o ângulo de incidência da luz for maior que o ângulo limite, na passagem da região de MAIOR para a de MENOR índice de refração.
III – Falsa. Se o ângulo de incidência for exatamente igual ao ângulo limite, o ângulo de refração será de 90°. O seno do ângulo limite é determinado pela razão entre o menor e o maior índice de refração.
IV – Verdadeiro. A luz sofre reflexões totais para mover-se por dentro da fibra óptica. Sendo assim, o índice de refração do núcleo da fibra deve sempre ser maior que o índice de refração da casca.
A reflexão da luz é um tipo de fenômeno óptico. Esse fenômeno vai ocorrer quando o raio de luz incide em uma superfície
refletora, mudando a direção do raio incidente. Como exemplos de superfícies refletoras temos o espelho, presente em todas as casas, ou um lago calmo, onde é possível ver nosso reflexo. Existem duas leis que regem o fenômeno da reflexão da
luz, são elas: A primeira lei nos diz que o raio incidente, o raio refletido e a reta normal ao espelho no ponto em que ocorre a reflexão do raio de luz são coplanares, ou seja, estão localizadas no mesmo plano. A segunda lei nos diz que o ângulo de incidência, chamado de \(\theta_{i}\), e o ângulo de reflexão, chamado de \(\theta_{r}\), tem o mesmo valor, ou seja, \(\theta_{i} = \theta_{R}\). Existem dois
tipos principais de reflexão da luz, classificados de acordo com a superfície refletora. São eles: Esse tipo de reflexão da luz ocorre quando o raio é refletido por uma superfície muito lisa e polida, de forma a refletir em apenas uma direção, com apenas um ângulo. Um exemplo é quando
vemos nossa imagem em um espelho. Esse tipo de reflexão da luz ocorre quando o raio é refletido por uma superfície rugosa, de forma a refletir em várias direções e em vários ângulos. Um exemplo de superfície irregular é a lousa, que se tiver uma boa capacidade reflexiva vai ocorrer uma reflexão difusa. Sempre quando pensamos em reflexão, o primeiro objeto que nos vem à cabeça é o espelho, abaixo podemos ver os tipos dessa superfície refletora. Temos uma superfície extremamente lisa e polida, em que ocorre a reflexão do raio de luz.
Por ser uma superfície plana, a imagem formada terá as mesmas dimensões do objeto, ocorrendo apenas a inversão da esquerda com a direita. Em um espelho plano a distância do objeto até sua imagem será
sempre o dobro da distância do objeto ao espelho, logo, podemos utilizar a seguinte fórmula: \[d_{total} = 2\cdot d_{objeto}\] Sendo: Índice
Introdução
Leis da reflexão da luz
Primeira lei da reflexão
Segunda lei da reflexão
Tipos de reflexão
Reflexão regular (ou especular)
Reflexão irregular (ou difusa)
Reflexão da Luz em diferentes tipos de espelhos
Espelhos planos
Espelhos esféricos
Temos uma esfera com uma superfície extremamente lisa e polida, em que ocorre a reflexão do raio de luz. Dependendo do tipo de espelho esférico e da distância do objeto em relação ao espelho pode ocorrer um aumento ou diminuição da imagem, ou uma inversão.
Temos dois tipos de espelhos esféricos, são eles:
- Espelho côncavo: Neste espelho a superfície refletora é dada pela parte interna da esfera.
- Espelho convexo: Neste caso a superfície refletora é dada pela parte externa da esfera.
Para estimar a distância entre o objeto e a imagem para espelhos esféricos podemos utilizar a fórmula abaixo:
\[\frac{1}{F}=\frac{1}{P}=\frac{1}{{P}'}\]
Sendo:
- F o foco do espelho;
- P a posição do objeto;
- \({P}'\) a posição da imagem;
Reflexão total da luz
Imagem esquemática de uma reflexão total
Quando o raio de luz incide em uma superfície, pode ocorrer o fenômeno da refração e da reflexão. A refração da luz ocorre devido a troca de meios com índices de refração diferentes.
Existe um ângulo de incidência do raio de luz de um meio para o outro em que a luz estará no limite de ocorrer refração, de forma a ocorrer a reflexão total da luz. Chamamos este ângulo de limite, e na figura da reflexão total está representado como \(\theta_{L}\).
Uma curiosidade é que devido a reflexão total é que temos a impressão de que o asfalto a frente está molhado em dias quentes, já que o raio de luz atravessa camadas de ar com diferentes temperaturas, que possuem diferentes índices de refração.
Fórmula da reflexão total da luz
Podemos calcular a fórmula para o ângulo limite utilizando a fórmula de Snell, que é dada por:
\[n_{1}\cdot sen\theta_{i} = n_{2}\cdot sen\theta_{r}\]
Sendo:
- \(n_{1}\) é o índice de refração do meio 1;
- \(n_{1}\) é o índice de refração do meio 2;
- \(\theta_{i}\) é o ângulo de incidência;
- \(\theta_{r}\) é o ângulo de reflexão;
Sabemos que o ângulo de incidência é nosso ângulo limite, e nosso ângulo de reflexão é de 90º, portanto a fórmula se simplificará em:
\(sen (\theta_{L}) = \frac{n_{2}}{n_{1}}\)
Reflexão da luz e as cores
Quando enxergamos algum objeto branco, significa que todo o espectro de luz está chegando ao nossos olhos, e quando enxergamos um objeto preto significa que nenhum raio de luz visível está chegando em nossos olhos.
Um objeto terá uma cor de acordo com a cor que o mesmo reflete, portanto se um objeto é vermelho, o mesmo vai absorver todas as cores, e refletir apenas o vermelho.
Desta forma podemos concluir que um objeto branco reflete todos os raios de luz no visível, e um objeto preto absorve todos os raios de luz no visível.
Fórmulas
Exercício de fixação
UFRJ/2016
As fibras ópticas são fios extremamente finos, flexíveis e transparentes. São constituídas geralmente por náilon ou vidro. Quando um sinal luminoso é lançado nesses fios, a luz percorrerá a estrutura com velocidade próxima à que desenvolve no vácuo e, ao se chocar com a superfície de separação vidro/ar, não sofrerá refração, pois, o ângulo de incidência do raio de luz será sempre superior ao do ângulo limite, devido à espessura mínima do fio. Como consequência, haverá o fenômeno indicado corretamente na alternativa:
A difusão
B interferência
C dispersão
D refração
E reflexão total