Reflexão total

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N2 > N1

Uma situação em que o feixe de luz refratado será quase paralelo à superfície. Aumentando um pouco mais o ângulo de incidência (i), até chegar ao ângulo critico o feixe refratado desaparece e toda a luz passa a ser refletida. Esse fenômeno chama-se reflexão total. Para que isso aconteça, é preciso que a luz seja proveniente de um meio mais refringente em relação ao outro (N1 < N2).[1]

Para determinar o ângulo limite, usa-se a Lei de Snell-Descartes para ângulo de refração = 90 graus, portanto para um raio de luz monocromática passando de um meio para o outro, é constante o produto do seno do ângulo, formado pelo raio e pela normal,com o índice de refração em que se encontra esse raio. matematicamente:


n_{1} \cdot \sin \theta_i = n_{2} \cdot \sin \theta_r

Índice de refração[editar | editar código-fonte]

Para determinar o índice de refração (n) deve-se utilizar a expressão:

n=\frac{c}{v}

Na qual:

  • c é a velocidade da luz no vácuo (constante);
  • v é a velocidade no meio escolhido; e
  • n é o índice de refração do meio escolhido.


Ângulo crítico[editar | editar código-fonte]

Demonstração de não-refração à ângulos maiores que o ângulo crítico.

Quando a luz viaja de um meio com índice de refração maior para um com índice menor, a Lei de Snell parece necessitar em alguns casos (quando o ângulo de incidência é suficientemente grande) que o seno do ângulo de refração seja maior que um. Isso claramente é impossível, e a luz nesses casos é completamente refletida pela fronteira, esse é o fenômeno conhecido como reflexão total. [2] O maior ângulo de incidência possível que ainda resulta em um raio refratado é chamado de ângulo crítico; nesse caso o raio refratado viaja ao longo da fronteira entre os dois meios.

Refração da luz na fronteira entre dois meios.

Por exemplo, considere um raio de luz movendo-se do ar para a água com um ângulo de incidência de 50°. Os índices de refração da água e do ar são aproximadamente 1.333 e 1, respectivamente, então a Lei de Snell nos dá a relação.[3]

\sin\theta_2 = \frac{n_1}{n_2}\sin\theta_1 = \frac{1.333}{1}\cdot\sin\left(50^\circ\right) = 1.333\cdot 0.766 = 1.021,

A qual é impossível satisfazer. O ângulo crítico θcrit é o valor de θ1 para o qual θ2 é igual a 90°:

\theta_\text{crit} = \arcsin\left(\frac{n_2}{n_1}\sin\theta_2\right) = \arcsin\frac{n_2}{n_1} = 48.6^\circ.


Aplicações[editar | editar código-fonte]

Efeito de espelho
  • O fenômeno da reflexão total é aplicada, por exemplo, na comunicação, através da fibra óptica que transmite informação a partir de ondas eletromagnéticas. A luz atravessa o fio sem que haja perda considerável de energia ou interferência, ocorrendo sucessivas reflexões totais nas paredes da fibra.
  • Reflexão interna total é o princípio de funcionamento de automóveis com sensores de chuva, que controlam automáticamente os limpadores de pára-brisa.
  • Outra aplicação de reflexão interna total é a filtragem espacial da luz. [4]
  • Binóculos prismáticos usam o princípio da reflexão interna total para obter uma imagem muito clara.
  • A reflexão interna total em combinação com uma câmera de alta velocidade para capturar e analisar pegadas de roedores de laboratório.[5]
  • Ópticos de impressão digital usam dispositivos de reflexão interna total, a fim de gravar uma imagem de impressão digital de uma pessoa sem o uso de tinta.
A reflexão interna total pode ser vista na fronteira do ar-água.

A reflexão interna total pode ser observada enquanto nadamos, basta abrir os olhos logo abaixo da superfície da água. Se a água é calma, a sua superfície parece espelhada.

Pode-se demonstrar reflexão interna total, preenchendo uma pia ou banheira com água e colocando um copo de vidro de cabeça para baixo sobre o dreno (com o copo também cheio de água). Enquanto a água permanece no copo, o dreno permanece visível, uma vez que o ângulo de refracção entre o vidro e a água não será maior do que o ângulo crítico. Se o dreno é aberto, então a água pode escorrer para fora do copo de cabeça para baixo, deixando-o cheio de ar. Visto de cima, o copo agora aparece espelhado e o dreno desaparece, porque a luz reflete na interface ar / vidro.

Outro exemplo comum de reflexão interna total é um diamante criticamente cortado. Isto é o que lhe dá o máximo brilho.

Referências

  1. Textos de Apoio ao Professor de Física, v.18 n.2 2007, Instituto de Física – UFRGS,
  2. Aula 30 – Reflexão e Refração da Luz, Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Departamento de Física, [1]
  3. Aula 30 – Reflexão e Refração da Luz, Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Departamento de Física
  4. Moreno, Ivan; J. Jesus Araiza, Maximino Avendano-Alejo (2005). "Thin-film filtros espaciais" (PDF). Optics Letters 30 (8): pp 914-916. Bibcode : 2005OptL ... 30 .. 914m . doi : 10.1364/OL.30.000914 . PMID 15865397 .
  5. "sistema de análise da marcha e software para roedores | Catwalk" . Noldus.com . Retirado 26 de agosto de 2010 .


Ver também[editar | editar código-fonte]