Dispersão (óptica)

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Um prisma triangular separa a luz branca nas cores componentes.

A dispersão óptica (chamada também de dispersão cromática[1] por causa das diferentes cores associadas aos comprimentos de onda) é um resultado direto da refração, importantíssimo para o nosso cotidiano.

Esse fenômeno é, de certa forma, famoso por conta do arco-íris – o exemplo mais comum da dispersão cromática. Como vemos na figura ao lado, um feixe de luz branca (formado por todas ou quase todas as cores) é separado em feixes de cores diferentes por causa da dispersão. O índice de refração é uma propriedade que muda de um meio para outro; logo, a dispersão cromática é mais acentuada em alguns materiais do que outros.

Fórmulas físicas[editar | editar código-fonte]

A primeira delas é o índice de refração no meio de propagação, que depende do comprimento de onda. Quanto menor for o comprimento de onda, maior será o índice de refração para a luz naquele meio (exceto no vácuo).

Modelo de dispersão da luz e mudança das velocidades.

Notas: a análise também pode ser feita usando a velocidade do feixe de luz ao invés do comprimento de onda. Dessa forma, um alto índice de refração significa uma grande diminuição na velocidade. Isso é exemplificado de acordo com a animação ao lado.

Onde:
  • é o índice de refração do meio;
  • é a velocidade da luz no vácuo;
  • é a velocidade de certo feixe de luz naquele meio em questão.


Outra é a Lei de Snell-Descartes que fornece a relação entre os ângulos de desvio (sempre medidos em relação à normal) e os índices de refração dos meios em questão.

Notas: o ângulo de desvio é sempre medido em relação à normal; assim, um ângulo grande não necessariamente implica em um desvio grande. Isso será visto logo mais, no primeiro caso de exemplo.

Onde:
  • são os índices de refração dos meios;
  • são os ângulos medidos em relação à normal.

Exemplos[editar | editar código-fonte]

Como já citado antes, o exemplo mais clássico da dispersão cromática é o arco-íris. Para entender melhor, analisamos inicialmente o que acontece com um feixe de luz nas cores azul (pequeno comprimento de onda) e vermelha (grande comprimento de onda), que são praticamente os extremos do arco-íris. Nesta análise, vale ressaltar que:

  • O feixe de luz branca está representado na cor cinza por causa do fundo da página, que também é branco; logo, um risco na mesma cor não seria visível;
  • Em uma superfície refratora, nem toda a luz é refratada, pois uma parte desta luz também é refletida. Isso está representado nas figuras a seguir;
  • Como estamos analisando as cores azul e vermelha, é o ângulo que se refere à cor azul e, , à vermelha.


Em um primeiro caso, a luz branca está passando de um meio com menor para um com maior índice de refração: do ar para o vidro, por exemplo. Dessa forma, os raios de luz se aproximam da normal. Como sabemos que a cor azul possui um comprimento de onda pequeno, o desvio que ele sofre é maior. (Note que, neste caso, não é maior que , mesmo o desvio da cor azul sendo maior.)

Observação: a linha pontilhada é apenas uma representação da direção do feixe de luz incidente antes de sofrer o desvio.

Dispersão óptica, ar-vidro..svg


Em um segundo caso, a luz branca está passando de um meio com maior para um com menor índice de refração: do vidro para o ar, por exemplo. Dessa forma, os raios de luz se afastam da normal. Assim como aconteceu no primeiro caso, a cor azul também sofre um desvio maior que a cor vermelha.

Observação: a linha pontilhada é apenas uma representação da direção do feixe de luz incidente antes de sofrer o desvio.

Dispersão vidro-ar.svg


Logo, no caso do arco-íris, basta fazer essa análise com todas as cores do espectro visível. Por fim, para aumentar os efeitos da dispersão cromática, em geral é usado o prisma triangular de um material refrator (vidro, por exemplo), como foi mostrado no início. Esse aumento é devido à dispersão que ocorre quando a luz penetra na superfície, e também quando ele deixa a superfície.

Referências[editar | editar código-fonte]

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  1. Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl (2012). Fundamentos de Física: Óptica e Física Moderna (Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora).