• Analisar a refração da luz ao mudar de meios de propagação; • Reconhecer que a refração está associada a mudanças de velocidade da luz ao mudar de meio de propagação; • Reconhecer que o índice de refração depende das características dos meios que a luz atravessa e da freqüência da radiação que atravessa esses meios; • Determinar o índice de refração de alguns meios; • Utilizar adequadamente a Lei de Snell.

1 hora-aula de 50 minutos.

Princípios da óptica geométrica.

Leve para sala de aula um copo de vidro com água e acrescente um lápis em seu interior de forma que uma das extremidades fique para fora do copo, como indica a figura abaixo. Pergunte a seus alunos como eles estão vendo o lápis. Provavelmente irão dizer que está quebrado. Tire o lápis do copo com água e mostre que ele está intacto. Como explicar esse fenômeno?

Debata as possíveis explicações que seus alunos darão para explicar a situação e discuta com eles que na verdade isso tem relação com a mudança de meio de propagação sofrida pela luz. Esse fenômeno é chamado de refração. Quando um raio de luz obliquo atravessa a superfície de separação entre dois meios transparentes ( no caso o ar e a água) sua direção original de propagação muda. Por isso que a porção do lápis inserido na água parece deslocado em relação a porção que ficou fora da água.
A refração está associada a mudança na velocidade de propagação da luz ao mudar de um meio para outro. No vácuo, a velocidade da luz é igual para todos os comprimentos de onda, mas em meios materiais essa velocidade depende da freqüência do raio luminoso e das características do material que a luz está propagando-se. No vácuo, a velocidade da luz é de aproximadamente 300.000km/s, no entanto na água, por exemplo, a luz vermelha tem velocidade aproximada de 240.000km/s e no vidro 290.000km/s. Para outros comprimentos de onda esses valores serão diferentes.

Como ocorre a refração?
A figura abaixo representa um raio de luz que incide na superfície de separação entre o meio 1 e meio 2. Observe que parte da luz é refletida seguindo as leis da reflexão da luz e outra parte penetra no segundo meio, mas com com certo desvio em sua trajetória. O Ângulo formado entre a reta normal e o raio de incidência é chamado de ângulo de incidência e o ângulo formado entre o raio refratado e a reta normal de ângulo de refração. Em 1620 W. Snell (1591-1626) analisando um grande número de medidas de ângulo de incidência e de refração chegou a conclusão que a razão entre o seno do ângulo de incidência e o cosseno do ângulo refratado é sempre constante. Essa conclusão levou mais tarde a caracterização do que ficou conhecido Lei de Snell:

Agora em dupla ou trios os alunos devem acessar http://www.walter-fendt.de/ph11br/refraction_br.htm .Na simulação proposta neste endereço será possível simular a luz sendo refratada ao mudar de meio de propagação. A figura a seguir ilustra uma das possíveis possibilidades.
 

Ao executarem a atividade os alunos devem simular, observar e anotar no caderno as seguintes situações:

a) Colocar o mesmo material nos dois meios e verificar se há refração. Justificar o que foi observado.
b) Utilizando meios diferentes, verificar se quando aumentamos o ângulo de incidência aumenta o ângulo de refração;
c) Verificar se a relação =constante utilizando diversos meios de propagação e levando em consideração os seguintes ângulos de incidência: 15º, 30º, 45º e 60º;
d) Considere que a velocidade de propagação da luz é de 300.000km/s. Tome os valores dos índices de refração absolutos fornecidos na atividade e determine a velocidade de propagação da luz nos seguintes meios: ar, água, etanol, vidro, benzol, sal grosso, cristal, diamante.
e) Verifique se a relação de Snell se confirma nos seguintes casos:
Meio

Atividades complementares:
Como atividade complementar utilize aqueles pequenos laser vendidos em papelaria para demonstrar experimentalmente como é o comportamento dos raios luminosos ao mudar de meio de propagação. Incida obliquamente o raio sobre um copo ou um corpo transparente com água. Se em sua escola tiver um prisma essa experiência pode ser demonstrada inclusive determinando o ângulo de incidência, reflexão e refração.

 

http://www.walter-fendt.de/ph11br/refraction_br.htm ( neste endereço você encontrará uma simulação dos raios refletidos e refratado com uma mudança de meio de propagação da luz). http://www.feiradeciencias.com.br/sala09/09_06.asp ( este site propõe experiências sobre refração assim como dá suporte teórico ao tema).

Na avaliação, leve em consideração as respostas e os cálculos que os alunos realizaram durante a simulação da atividade. De forma complementar proponha que façam em duplas a seguinte questão: Desejando determinar a velocidade de propagação da luz em um vidro, fizemos um estreito feixe de luz, propagando-se no ar, incidir sobre um bloco daquele vidro com um ângulo de 30º. Medindo-se o ângulo de refração, encontramos 19º. Qual o índice de refração do vidro e a qual a velocidade de propagação da luz nele?