Refração é o fenômeno óptico no qual ocorre alteração da velocidade da luz devido à mudança do meio de propagação. Ao atravessar a fronteira entre dois meios com diferentes índices de refração, a velocidade de propagação e o comprimento de onda se modificam, embora mantenha uma proporção direta.
Durante a mudança de meios, a frequência da onda luminosa não se altera, entretanto, sua velocidade e o seu comprimento se modificam. Desse modo, a alteração da velocidade de propagação provoca um desvio da direção original.
Esse fenômeno ocorre quando a luz sofre um desvio angular em relação à reta normal, portanto, nem toda incidência de luz causa a refração. Isso significa que se o ângulo de incidência for igual a zero, a luz não sofrerá desvio e, portanto, seu ângulo refratado será nulo.
Em contrapartida, caso a incidência da luz cause um desvio oblíquo, o raio luminoso se aproximará mais da reta normal, levando ao desvio na trajetória da luz, ou seja, causando o fenômeno.
Isso ocorre porque a luz se propaga em velocidades diferentes, a depender do meio. No vácuo, a velocidade da luz é 3,0 x 108 m/s, mas ao penetrar em diferentes meios, reduzida de acordo com as características do lugar onde as ondas luminosas se propagam.
Para entender melhor esse fenômeno óptico é importante conhecer os elementos de uma refração e as duas leis que o regem.
Leis da Refração
Existem duas leis básicas que regem esse fenômeno denominadas de 1ª Lei da Refração e 2ª Lei da Refração - Snell-Descartes, elas são fundamentais para compreender o fenômeno da refração.
A 1ª Lei diz que o raio incidente, o raio refratado e a reta normal no ponto de incidência, estão contidos num mesmo plano. Isso significa que o plano de incidência e o plano da luz refratada coincidem.
A 2ª Lei também conhecida como Lei de Snell-Descartes calcula o valor do desvio sofrido pela refração da luz. Essa lei assinala que os senos dos ângulos de incidência e refração são diretamente proporcionais às velocidades da onda nos respectivos meios.
A Lei de Snell-Descartes é representada pela seguinte fórmula:
Onde:
Índice
O índice de refração indica a relação existente entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade luz no meio. Quanto maior a frequência da luz, maior será o índice de refração.
Representado pela letra n, esse índice, de um meio para uma determinada luz monocromática, é o quociente entre a velocidade de propagação de um raio de luz no vácuo e sua velocidade de propagação no meio onde está sendo estudado.
Por não encontrar dificuldade para se propagar no vácuo, o índice de refração absoluto do vácuo é sempre 1. No ar, a luz se propaga também com facilidade, por isso o índice de refração considerado para a propagação no ar é igual a 1.
Já em meios sólidos, a luz possui uma considerável dificuldade de propagação, portanto, nesses casos, o índice de refração da luz deve ser maior que 1.
Esse índice é representado pela seguinte fórmula:
Onde:
Os índices de refração são classificado em: índice de refração relativo e índice de refração absoluto.
Índice Absoluto
Trata-se da razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio considerado. Desse modo, quanto maior for o índice de refração de um meio, menor será a velocidade de propagação da luz nesse meio.
Índice Relativo
Esse índice calcula o índice de um meio para o outro meio. Ele pode ser calculado pela fórmula a seguir:
Onde:
Aplicações no dia a dia
Os fenômenos relacionados à óptica podem ser facilmente percebidos no cotidiano e os de refração podem ser identificados com mais facilidade. Observe algumas situações do dia a dia nas quais ocorrem:
Quando o sol está muito quente é comum as estradas de assalto parecerem que estão molhadas.Isso ocorre, pois o ar que está próximo ao solo se esquenta e se expande, causando uma queda em sua densidade e diminuindo seu índice de refração. Desse modo, quando a luz do sol incide sobre a massa de ar menos densa, com um ângulo acima do limite, ocorre a reflexão total, provocando a sensação de que a estrada está molhada.Ao olhar do lado de fora de uma piscina cheia de água em direção ao fundo dela, você poderá ter a sensação que ela é mais rasa do que realmente é. Essa diferença acontece por causa do fenômeno óptico de refração da luz.Na formação do arco-íris ocorrem duas refrações consecutivas, geradas quando a luz entra e sai de uma gota d'água causam a dispersão da luz.