REFLEXÃO, REFRAÇÃO E ÂNGULO CRÍTICO
Quando um raio de luz incide perpendicularmente numa superfície que separa dois meios de naturezas diferentes (ar e vidro, por exemplo), ocorre simplesmente uma alteração na sua velocidade de propagação.
A direção e o sentido de propagação se mantém, conforme mostra a figura 1.
No entanto, se o raio incidir de tal forma que o ângulo de incidência não for 90 graus (não perpendicular ou oblíquo) além da mudança da velocidade de propagação, teremos também uma alteração na direção de propagação, conforme mostra a figura 2.
A relação entre o seno do ângulo do raio de luz que incide (em relação à normal) ou raio incidente e o seno do ângulo que o raio de luz continua depois de desviado (raio refratado) é um número constante e depende exclusivamente da natureza dos dois meios.
Este valor é denominado "índice de refração". Assim, para o caso dos meios ar-água, o índice de refração é 1,33 enquanto que para o ar-vidro comum, esse índice é de 1,52 e para o par ar-quartzo é 1,46.
É importante observar que esses índices são normalmente especificados para uma determinada frequência da luz, já que ocorrem variações em função disso.
São estas variações justamente que fazem com que a luz branca (mistura de todas as cores) se decomponha nas suas componentes quando passa por um prisma conforme vimos na figura 2.
Vamos supor agora uma experiência interessante que envolve a refração: consideremos dois meios de natureza diferente, como o ar e o vidro, conforme mostra a figura 3.
Um raio de luz que incide na superfície de separação entre esses dois meios é inclinado cada vez mais a partir da normal (a normal é a perpendicular à superfície de separação entre os meios).
A fonte de luz, que pode ser uma pequena lâmpada ou um LED, para maior facilidade de entendimento, está no meio mais denso, por exemplo dentro do vidro.
Esta posição é importante, dado que o seno do ângulo do lado de fora (ar) que é menos denso, é maior do que o seno do ângulo do lado de dentro que é mais denso.
Lembramos que as velocidades de propagação também mudam já que, enquanto que no vácuo (e mesmo no ar) se aproximam dos 300 000 quilômetros por segundo, no vidro ela é bem menor.
À medida que o ângulo de incidência (no vidro) vai aumentando, o ângulo de refração (no ar) vai também aumentando, mas numa proporção mais rápida, pois seu seno é maior e a relação entre os senos deve ser mantida.
Esta relação é constante e depende da natureza dos dois materiais.
Ocorre então um instante em que o ângulo de incidência ainda não chegou aos 90 graus, mas o de refração sim (raio d da figura 4 - no exemplo) o que significa que a luz não mais consegue "escapar" do vidro.
Este é o denominado "ângulo crítico" conforme mostra a figura 4.
Qualquer raio de luz que incida então, a partir do vidro, segundo ângulo igual ou mais que este ângulo crítico não consegue mais passar para o outro lado, ou seja, fica "preso" ao vidro.
Raios que incidem segundo ângulos maiores que o ângulo crítico são totalmente refletidos para o interior do vidro, conforme mostra a figura 5.
Nesta reflexão vale o mesmo comportamento que conhecemos para os espelhos planos: o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.
Se o meio em que isso, no caso tomado como exemplo o vidro, tiver paredes ou superfícies de separação paralelas, um raio de luz que parta de um determinado ponto interno e incida numa das "paredes" segundo um ângulo maior que o crítico, se reflete um número indeterminado de vezes pelas paredes, podendo ser transmitido a uma boa distância.
Mesmo que o material em que isso ocorra faça uma série de curvas, (desde que não sejam muito fechadas a ponto de reduzir o ângulo de incidência para um valor menor que o crítico), a luz pode acompanhar o material e ser transmitida à distância, conforme mostra a figura 6.
Ver também:
* Fibras ópticas
* Espectro
* Ondas eletromagnéticas
