Explicador: Reflexão, refração e o poder das lentes

May 26, 2023

Um prisma faz com que a luz recebida se dobre em quantidades diferentes, dependendo do comprimento de onda – ou cor – dessa luz. Conforme a luz passa pelo prisma e sai do outro lado, ela se espalha em um arco-íris.

Ekaterina Demidova/Moment/Getty Images

Por Trisha Muro

6 horas atrás

Microscópios, telescópios e óculos. Tudo isso funciona manipulando o movimento da luz.

Quando as ondas de luz atingem uma superfície lisa, como um espelho, elas se refletem nela. Eles também dobram ou refratam quando se movem entre ambientes de diferentes densidades, como quando a luz passa do ar para dentro e através de uma lente de vidro. Juntas, essas propriedades básicas da luz permitem que os cientistas projetem lentes e espelhos para atender às suas necessidades – seja para perscrutar o cosmos ou no interior de uma célula.

Olhe em um espelho e verá seu reflexo. A lei da reflexão é simples: qualquer que seja o ângulo que um feixe de luz faz ao colidir com um espelho, é o mesmo ângulo que ele terá ao ricochetear na superfície do espelho. Se você iluminar uma lanterna em um ângulo de 45 graus no espelho do banheiro, ela será refletida em um ângulo de 45 graus. Quando você vê seu reflexo, a luz que brilha em seu rosto iluminado atinge o espelho diretamente, de modo que volta aos seus olhos.

Isso só funciona porque um espelho é uma superfície polida extremamente lisa - e, portanto, reflexiva. Sua suavidade faz com que toda a luz que o atinge de um determinado ângulo rebata na mesma direção. A superfície de uma parede pintada em seu quarto, em contraste, é tão irregular que não reflete muito bem. A luz que atinge a parede vai refletir nessas saliências, refletindo em uma mistura de diferentes direções. É por isso que a maioria das paredes parece opaca, não brilhante.

Você deve ter notado que dentro das lanternas e faróis há uma única e pequena lâmpada com um espelho curvo atrás dela. Essa curva coleta a luz que sai da lâmpada em várias direções diferentes e a concentra em um feixe forte que sai em uma direção: para fora. Os espelhos curvos são extremamente eficazes na focalização de feixes de luz.

O espelho de um telescópio funciona da mesma maneira. Ele concentra as ondas de luz recebidas de um objeto distante, como uma estrela, em um único ponto de luz que agora é brilhante o suficiente para ser visto por um astrônomo.

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Você sabe como um canudo parece dobrar quando está em um copo d'água? Isso é devido à refração. A lei da refração afirma que as ondas de luz se curvam quando se movem de um meio (como o ar) para outro (como a água ou o vidro). Isso ocorre porque cada meio tem uma densidade diferente, também conhecida como "espessura óptica".

Imagine correr ao longo de uma praia. Se você começar a correr em um caminho de concreto, poderá correr rapidamente. Assim que você cruza na areia, você diminui a velocidade. Mesmo que esteja tentando mover os pés na mesma velocidade de antes, não consegue. Você diminuirá ainda mais a velocidade enquanto tenta continuar correndo pela água. A "espessura" de cada superfície pela qual você está correndo agora - areia ou água - diminui sua velocidade em comparação com quando seus pés estavam se movendo no ar.

A luz também muda de velocidade em diferentes meios. E como a luz viaja em ondas, essas ondas se curvam à medida que mudam de velocidade.

De volta ao canudo em um copo d'água: se você olhar pela lateral do copo, o canudo parecerá um zigue-zague. Ou, se você já colocou um anel de mergulho no fundo de uma piscina rasa e tentou agarrá-lo, notou que o anel não está exatamente onde parece estar. A curvatura dos raios de luz faz com que o anel pareça estar localizado a uma curta distância de seu ponto real.

Os efeitos dessa curvatura são maiores ou menores dependendo do comprimento de onda da luz, ou cor. Comprimentos de onda mais curtos, como azul e violeta, dobram mais do que os mais longos, como o vermelho.

Isso é o que causa o efeito arco-íris quando a luz passa por um prisma. Também explica por que o vermelho é sempre a cor superior em um arco-íris e o violeta a tonalidade inferior. A luz branca que entra no prisma contém todas as diferentes cores de luz. As ondas de luz vermelha dobram menos, então seu caminho fica mais próximo de uma linha reta. Isso deixa o vermelho no topo do arco-íris. As ondas de luz violeta se dobram mais ao passar pelo prisma, de modo que a tonalidade desce até o fundo. As outras cores do arco-íris ficam entre o vermelho e o violeta, com base no quanto suas ondas se dobram.