Índice de refracção e propriedades ópticas
Na interface entre dois meios transparentes podem ocorrer diferentes fenómenos ópticos, designadamente refracção, acompanhada de reflexão parcial da luz ou reflexão total, em determinadas condições. A refracção traduz-se na alteração da direcção de propagação da luz. Quando um material se propaga de um material transparente (p.e. vidro) para o ar ou para outro meio transparente (p.e.água), ocorre desvio da trajectória da luz, representado na Figura 1. A relação entre os ângulos α1 e α2 relaciona-se com os valores do índice de refracção dos dois meios, isto é, n1 sen(α1) = n2 sen(α2) cuja medição pode ser efectuada com base nesses ângulos.O vácuo é considerado o meio padrão, ao qual se atribui um índice de refracção unitário (nvácuo=1). Contudo, é complicado efectuar medições em vácuo e utiliza-se o ar como um padrão alternativo, cujo índice de refracção é igualmente próximo deste valor, isto é, nar≈1. Quando se efectua uma medida de índice de refracção usando ar como meio envolvente ter-se-á: n2 = sen(α1)/sen(α2) A superfície entre dois meios transparentes também provoca reflexão parcial da luz. Ambas as superfícies paralelas de uma placa contribuem para a reflexão parcial. O duplo efeito das duas superfícies pode ser visualizado com um alvo colocado próximo da placa. A fracção da intensidade da luz reflectiva é dependente do índice de refracção do material e do valor do ângulo de incidência. O aumento de fracção reflectida com o índice de refracção tornou possível o desenvolvimento de vidraças capazes de reflectir uma elevada fracção de luz, mediante a deposição de um filme fino de um material de índice de refracção muito mais elevado do que do vidro propriamente dito. Estas vidraças são muito importantes para efeitos de climatização. De igual modo, a orientação dos edifícios em relação ao sol pode ser projectada para minimizar os custos de energia relacionados com as necessidades de aquecimento ou de ar condicionado. Também pode ocorrer reflexão total quando a luz se propaga no meio de mais elevado índice de refracção, isto é, n1>n2, e o ângulo de incidência excede um determinado valor crítico correspondente à condição n1sen(αcrit) = n2sen(90º), ou seja: αcrit = arc sen(n2/n1). A reflexão total pode ser visualizada com um copo contendo água turva e um ponteiro Laser. As partículas sólidas em suspensão na água turva provocam dispersão parcial da luz, mostrando assim a sua trajectória, com reflexão total à superfície. A reflexão total permite que a luz se propague no interior de fibras, varetas e outras amostras de materiais transparentes, com trajectórias “aparentemente” curvas. Este efeito pode ser visualizado fazendo incidir a luz de um ponteiro Laser numa das extremidades de uma vareta de vidro, previamente encurvada com um maçarico. A luz emerge na outra extremidade devido a reflexões totais sucessivas. Este efeito torna possíveis as comunicações ópticas, nas quais a informação é transmitida sob a forma de sinais ópticos, os quais permitem a transmissão de enormes quantidades de informação, sem interferências electromagnéticas.
Visualizar efeitos de refracção da luz e reflexão total. • Medir o índice de refracção de placas de vidro e de outros materiais transparentes com um método geométrico simples. • Ilustrar os princípios de funcionamento das comunicações ópticas. • Visualizar efeitos de reflexão parcial à superfície de meios transparentes e ilustrar a sua utilização na climatização de edifícios.