Experiência

Reflexão total

.

Principio básico

Esta experiência é uma demonstração prática do fenómeno da reflexão total: Um feixe de luz é desviado por refracção ao passar da água para o ar e se o ângulo de incidência exceder o chamado "ângulo crítico", o feixe é completamente reflectido na fronteira ar-água, sendo o ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência.

Tópicos teóricos

Índice de reflexão

É a grandeza que expressa a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio em que ela se propaga. É definida como n=c/v, onde

· c é a velocidade da luz no vácuo

· v é a velocidade da luz no meio em questão

Reflexão total:

Este fenómeno pode ocorrer quando a luz se propaga de um meio de maior índice de refracção para outro de menor índice de refracção. É o caso que se verifica quando um feixe de luz se propaga na água (n = 1,33) em direcção ao ar (n = 1,0): Se o ângulo entre o feixe incidente e a normal (isto é, uma recta perpendicular à interface no ponto onde a luz incide), for superior ao ângulo crítico, o feixe de luz não atravessa a interface entre as duas superfícies é será reflectido “de volta” para a água.

______________________________________________________________________

Ângulo critico

Quando um feixe de luz muda de um meio que tem índice de refração maior para um meio que tem índice de refração menor, a direcção da onda transmitida afasta-se da normal, e à medida que aumenta o ângulo de incidência θ_i ,o ângulo do raio refratado θ_r tende a 90^o. Quando θ_r= 90º, o ângulo de incidência recebe o nome de ângulo crítico θ_c. Uma incidência com um ângulo superior a este, faz com que o feixe de luz sofra o fenómeno da reflexão interna total.O ângulo crítico no caso desta experiência será de 49,75º. Este valor corresponde a um ângulo de incidência que resulta de um ângulo de refracção igual a 90º. Usando a Lei de Snell, temos que, sen I / sen R = n(água), com R = 90º e n(água) = 1,33, obtemos θ_c = 49,75º.

Procedimento experimental

Deve-se usar preferencialmente um aquário longo e raso. A fonte de luz pode ser uma “caneta” laser de apontar que os conferencistas costumam usar e que pode ser adquirida numa qualquer superfície comercial. Faz-se o feixe de luz penetrar no aquário com um ângulo tal que a incidência na superfície entre a água e o ar seja maior que o ângulo crítico. Para uma interface entre o ar e a água o ângulo crítico é de aproximadamente 50º. Colocando um espelho no fundo do aquário é possível conseguir várias reflexões totais na interface superior, como se pode verificar na figura 1.

fig.1

______________________________________________________________________

Uma variação interessante a esta experiência, consiste em formar duas camadas de líquidos diferentes, com índices de refracção diferentes. Por exemplo, o óleo vegetal tem densidade menor que uma mistura de água e álcool etílico, e, portanto, flutua sobre esta mistura, formando a camada superior. No entanto, o índice de refracção do óleo é maior que o índice de refracção da mistura. Incidindo o feixe do laser sobre a interface entre os dois líquidos com um ângulo maior que o ângulo crítico, o feixe irá ser reflectido totalmente para cima. Neste caso, temos uma situação semelhante à que surge nas miragens, conforme se observa na figura 2.

fig. 2

Material

Aquário longo e raso.

Um espelho plano longo.

Água.

Óleo vegetal de cozinha.

Álcool etílico.

Laser simples, tipo apontador.