Um feixe luminoso incide na superfície de separação entre os meios a e b

A ilusão ótica que se tem ao observar um objeto mergulhado num copo de água, parecendo que está partido, esta relacionado com o fenómeno de refração da luz. A refração traduz o desvio na direção de propagação de uma onda, sempre que esta se transmite para outro onde a velocidade de propagação é diferente. Quando uma onda sofre refração, verificam-se as Leis da Refração da ótica geométrica: - o feixe incidente, o feixe refratado e a normal (N) à superfície no ponto de incidência estão no mesmo plano (plano de incidência); - medindo os ângulos de incidência (𝛼!) e de refração (𝛼"), obtém-se: 𝐬𝐢𝐧𝐬𝐢𝐧((𝜶𝜶𝟐𝟏))=𝒗𝒗𝟐𝟏= constante, em que 𝑣! e 𝑣" são os valores de velocidade de propagação em cada um dos meios; - o ângulo de refração (𝜶𝟐) depende das propriedades dos dois meios; - a frequência da onda refratada é igual à da onda incidente. Define-se índice de refração de um meio (𝑛) como a razão entre a velocidade da luz no vazio (𝑐) e a velocidade da luz nesse meio:

𝒏 =𝒗𝒎𝒆𝒊𝒐𝒄

Quando a incidência do feixe luminoso é normal à superfície de separação entre os dois meios (𝛼!= 0°), os feixes incidente, refletido e refratado estão sobre a mesma direção (𝛼!= 𝛼!/= 𝛼"= 0°).

Lei de Snell-Descartes 𝑛!sin(𝛼!)= 𝑛"sin(𝛼") em que 𝑛! e 𝑛" são os índices de refração de cada um dos meios

O índice de refração do meio 1 em relação ao meio 2 é dado por: 𝑛!"= 00 #$

Quando uma onda se propaga entre diferentes meios, a sua frequência mantém-se constante.

O índice de refração de um meio depende não só do tipo de meio como também da onda nele incidente. Pode exprimir-se o incide de refração de um meio por 𝒏 =𝝀𝒎𝒆𝒊𝒐𝝀𝟎.

Quando a luz passa de um meio menos refringente para um meio mais refringente, a direção de propagação da luz aproxima-se da normal:

• 𝜶𝟏> 𝜶𝟐
• sin(𝛼!)> sin(𝛼")
• 𝑣!> 𝑣"
• 𝜆!> 𝜆"
• 𝒏𝟏< 𝒏𝟐

~~~~~ 11 º ano | Física | Ficha de Trabalho nº 30

Domínio 6: Refração – Leis de Snell-Descartes

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1. Na figura está representado um feixe de luz monocromático, a propagar-se no meio A e a incidir sobre a superfície de separação de dois meios transparentes A e B, sofrendo simultaneamente refração e reflexão.

   1. Com base nas propriedades da luz, seleciona a opção correta. (A) A velocidade de propagação do raio luminoso é maior no meio B. (B) O comprimento de onda da luz no meio A é menor do que no meio B. (C) O comprimento de onda da luz no meio A é maior do que no meio B. (D) A frequência da luz no meio A é menor do que a frequência da luz no meio B.
   2. Seleciona a opção que completa corretamente a frase seguinte. O índice de refração do meio A é [...] ao índice de refração do meio B, sendo a velocidade de propagação do feixe luminoso [...] no meio A. (A) inferior; maior. (B) inferior; menor. (C) superior; maior. (D) superior; menor.

2. Na figura está representado um feixe de luz, a propagar-se num meio I e a incidir na superfície de separação de dois meios, I e II. A distância entre as linhas oblíquas representadas em cada um dos meios, corresponde à distância mínima entre dois observadores que medem o sinal luminoso com as mesmas características (o comprimento de onda da luz nesse meio).

   1. Analisa a figura e seleciona as opções corretas. (A) A velocidade de propagação da onda no meio II é menor do que no meio I. (B) O índice de refração do meio I é maior do que o do meio II. (C) O valor do ângulo de refração é 30°. (D) O valor do ângulo de refração é 60°.
   2. Considera que a velocidade de propagação da onda no meio I é 2,0× 10 3 𝑚𝑠4!. Determina os valores dos índices de refração dos meios I e II.

3. Na figura está representado um feixe luminoso muito fino, monocromático, a propagar-se em dois meios transparentes. O feixe propaga-se do meio A para o meio B.

   1. Seleciona a opção correta. (A) O valor do índice de refração do meio A é maior do que do meio B. (B) O comprimento de onda da radiação é igual nos meios A e B. (C) A velocidade de propagação da luz é igual no meio A e no meio B. (D) A velocidade de propagação da luz no meio A é maior do que no meio B.
   2. Determina o valor do índice de refração do meio B relativamente ao meio A.

4. Na figura (que não está à escala) está representado um feixe de luz monocromático a incidir na superfície de uma lâmina de vidro de faces paralelas de largura 1, 77 𝑐𝑚, fazendo um ângulo de 20° com a superfície da lâmina. A lâmina está imersa em água, sendo o índice de refração da água 1, 33.

   1. Determina o valor do índice de refração do vidro.
   2. Indica o valor do ângulo de refração, na água, quando o feixe incide na superfície de separação vidro-água.

5. Um feixe de luz laser, propaga-se no ar com velocidade 𝑣 67 , mas quando incide na superfície de uma lâmina de vidro a sua velocidade é reduzida de tal modo que 𝑣0B>7A="C𝑣 67.

   1. Seleciona a opção que traduz a razão entre os comprimentos de onda dessa radiação no vidro e no ar, D*+,-/-. (A) "C (B) !C (C) C" (D) !"
   2. Seleciona a opção que traduz a razão entre os valores dos índices de refração no vidro e no ar, E*+,-/-. (A) "C (B) !C (C) C" (D) !"

6. Na figura está ilustrado o fenómeno da refração de uma onda eletromagnética.

   1. Com base nos dados da figura, identifica qual das seguintes afirmações está correta. (A) A amplitude do ângulo incidente é inferior à do ângulo de refração. (B) A frequência da onda é maior quando ela se propaga no meio 1. (C) A onda propaga-se com maior comprimento de onda no meio 1 do que no meio 2. (D) Ao atravessar a superfície de separação dos dois meios, a onda mantém a frequência e o comprimento de onda.
   2. Supõe que 𝜆"="C𝜆!. (a) Estabelece a relação entre a velocidade de propagação da onda nos dois meios D 00 $#E. (b) Que relação existe entre os índices de refração dos dois meios? (A) 𝑛!= 𝑛" (B) 𝑛!=!"𝑛" (C) 𝑛!=C"𝑛" (D) 𝑛!="C𝑛"

7. Qual é o ângulo de refração de um raio de luz que, propagando-se no ar, incide sobre a superfície da água (𝑛 = 1, 33) com um ângulo de incidência de 30° e a atravessa? (A) 22° (B) 19° (C) 60° (D) 41°

8. A figura ilustra o trajeto de um raio de luz quando atravessa três meios diferentes.

   1. Ordena os ângulos 𝛼!,𝛼" e 𝛼C por ordem crescente de amplitude.
   2. Escreve os três meios por ordem crescente dos índices de refração associados a esta radiação
   3. Mostra que FGHIFGHI$#=DD$#.
   4. Sabendo que o índice de refração da luz no óleo é 1, 90 e na água 1, 33, e considerando 𝛼!= 60°, determina a amplitude dos ângulos 𝛼" e 𝛼C.

9. A direção de uma radiação que atravessa de um meio 1 para um meio 2 está caracterizada no gráfico.

   1. A partir dele determine o índice de refração do meio 2 relativamente ao meio 1.
   2. Determina a razão entre velocidade de propagação desta radiação em cada um dos dois meios 00 $#.

Quando um feixe luminoso passa de um meio para outro?

Quando um raio de luz incide sobre a superfície?

Qual o índice de refração do meio B?

Quando se propaga de um meio a para um meio B incidindo sob ângulo de 45 com a normal?