Ângulo de refração do feixe

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 17:54

Hoje vamos revelar qual é o ângulo de refração de uma onda eletromagnética (a chamada luz) e como suas leis são formadas.

Olho, pele, cérebro

O homem tem cinco sentidos principais. Os cientistas médicos distinguem até onze sensações diferentes (por exemplo, uma sensação de pressão ou dor). Mas as pessoas obtêm a maioria de suas informações através de seus olhos. Até noventa por cento dos fatos disponíveis que o cérebro humano conhece são vibrações eletromagnéticas. Assim, as pessoas entendem principalmente a beleza e a estética visualmente. O ângulo de refração da luz desempenha um papel importante nisso.

Deserto, lago, chuva

O mundo ao redor é permeado de luz solar. Ar e água formam a base do que as pessoas gostam. Claro, há uma beleza dura nas paisagens áridas do deserto, mas principalmente as pessoas preferem um pouco de umidade.

O homem sempre foi fascinado por riachos de montanha e rios de planície suave, lagos calmos e ondas do mar sempre rolando, respingos de uma cachoeira e um sonho frio de geleiras. Mais de uma vez todos notaram a beleza do jogo de luz no orvalho na grama, o brilho da geada nos galhos, a brancura leitosa da neblina e a beleza sombria das nuvens baixas. E todos esses efeitos são criadosgraças ao ângulo de refração do feixe na água.

Olho, escala eletromagnética, arco-íris

Luz é uma flutuação do campo eletromagnético. O comprimento de onda e sua frequência determinam o tipo de fóton. A frequência de vibração determina se será uma onda de rádio, um raio infravermelho, um espectro de alguma cor visível para uma pessoa, ultravioleta, raios X ou radiação gama. Os seres humanos são capazes de perceber com os olhos vibrações eletromagnéticas com comprimentos de onda que variam de 780 (vermelho) a 380 (violeta) nanômetros. Na escala de todas as ondas possíveis, esta seção ocupa uma área muito pequena. Ou seja, as pessoas não são capazes de perceber a maior parte do espectro eletromagnético. E toda a beleza acessível ao homem é criada pela diferença entre o ângulo de incidência e o ângulo de refração na fronteira entre os meios.

Vácuo, Sol, planeta

Os fótons são emitidos pelo Sol como resultado de uma reação termonuclear. A fusão de átomos de hidrogênio e o nascimento do hélio são acompanhados pela liberação de um grande número de várias partículas, incluindo quanta de luz. No vácuo, as ondas eletromagnéticas se propagam em linha reta e na maior velocidade possível. Ao entrar em um meio transparente e mais denso, como a atmosfera terrestre, a luz muda sua velocidade de propagação. Como resultado, ele muda a direção de propagação. Quanto determina o índice de refração. O ângulo de refração é calculado usando a fórmula de Snell.

Lei de Snell

O matemático holandês Willebrord Snell trabalhou toda a sua vida com ângulos e distâncias. Ele entendia como medir distâncias entre cidades, como encontrar um determinadoponto no céu. Não é à toa que ele encontrou um padrão nos ângulos de refração da luz.

A fórmula da lei fica assim:

• ₁sin θ₁ =n₂sin θ_2.

Nesta expressão, os caracteres têm o seguinte significado:

• ₁ e n_{2 são os índices de refração do meio um (de onde o feixe cai) e do meio 2 (ele entra nele);}
• θ₁ e θ_{2 são os ângulos de incidência e refração da luz, respectivamente.}

Explicações para a lei

É necessário dar algumas explicações para esta fórmula. Ângulos θ significam o número de graus que se encontra entre a direção de propagação do feixe e a normal à superfície no ponto de contato do feixe de luz. Por que o normal é usado neste caso? Porque na realidade não existem superfícies estritamente planas. E encontrar a normal para qualquer curva é bastante simples. Além disso, se o ângulo entre o limite do meio e o feixe incidente x for conhecido no problema, então o ângulo necessário θ é apenas (90º-x).

Na maioria das vezes, a luz entra de um meio mais rarefeito (ar) para um meio mais denso (água). Quanto mais próximos os átomos do meio estiverem uns dos outros, mais forte será a refracção do feixe. Portanto, quanto mais denso o meio, maior o ângulo de refração. Mas também acontece o contrário: a luz cai da água para o ar ou do ar para o vácuo. Sob tais circunstâncias, pode surgir uma condição sob a qual n₁sin θ₁>n_{2. Ou seja, todo o feixe será refletido de volta para o primeiro meio. Esse fenômeno é chamado de total internoreflexão. O ângulo em que as circunstâncias descritas acima ocorrem é chamado de ângulo limite de refração.}

O que determina o índice de refração?

Este valor depende apenas das propriedades da substância. Por exemplo, existem cristais para os quais importa em que ângulo o feixe entra. A anisotropia das propriedades se manifesta na birrefringência. Existem meios para os quais a polarização da radiação incidente é importante. Também deve ser lembrado que o ângulo de refração depende do comprimento de onda da radiação incidente. É nessa diferença que se baseia o experimento com a divisão da luz branca em um arco-íris por um prisma. Deve-se notar que a temperatura do meio também afeta o índice de refração da radiação. Quanto mais rápido os átomos de um cristal vibram, mais sua estrutura e a capacidade de mudar a direção da propagação da luz são deformadas.

Exemplos do valor do índice de refração

Damos valores diferentes para ambientes familiares:

1. Sal (fórmula química NaCl) como um mineral é chamado de "halita". Seu índice de refração é 1,544.
2. O ângulo de refração do vidro é calculado a partir de seu índice de refração. Dependendo do tipo de material, esse valor varia entre 1,487 e 2,186.
3. Diamond é famoso justamente pelo jogo de luz nele. Os joalheiros levam em conta todos os seus planos ao cortar. O índice de refração do diamante é 2,417.
4. A água purificada de impurezas tem um índice de refração de 1,333. H_{2O é um solvente muito bom. Portanto, não há água quimicamente pura na natureza. Cada poço, cada rio é caracterizadocom sua composição. Portanto, o índice de refração também muda. Mas para resolver problemas escolares simples, você pode pegar esse valor.}

Júpiter, Saturno, Calisto

Até agora, falamos sobre a beleza do mundo terreno. As chamadas condições normais implicam uma temperatura e pressão muito específicas. Mas existem outros planetas no sistema solar. Existem paisagens bem diferentes.

Em Júpiter, por exemplo, é possível observar neblina de argônio em nuvens de metano e correntes ascendentes de hélio. As auroras de raios-X também são comuns por lá.

Em Saturno, névoas de etano cobrem a atmosfera de hidrogênio. Nas camadas mais baixas do planeta, chove diamantes de nuvens de metano muito quentes.

No entanto, a lua rochosa congelada de Júpiter, Calisto, tem um oceano interno rico em hidrocarbonetos. Talvez as bactérias consumidoras de enxofre vivam em suas profundezas.

E em cada uma dessas paisagens, o jogo de luz em diferentes superfícies, bordas, saliências e nuvens cria beleza.