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Dispersão da luz branca

Física

Decomposição da luz branca em várias cores (arco-íris) foi demonstrada em experiência de Isaac Newton por meio de um prisma.
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A dispersão é um fenômeno óptico em que a luz é separada em suas diferentes cores quando refratada através de algum meio transparente, a exemplo do arco-íris, do prisma e da lente fotográfica. A dispersão ocorre quando a velocidade de propagação da luz no interior de algum meio depende da frequência da onda eletromagnética.

Veja também: O que são cores primárias?

Em 1672 o físico inglês Isaac Newton estudou e elaborou teorias sobre o mecanismo da dispersão da luz. Apesar de sua interpretação corpuscular da luz, Newton foi capaz de explicar que a luz branca era, na verdade, composta por todas as demais cores e que essas cores eram relativas às frequências (ou comprimentos de onda) da luz.

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Refração da luz

A refração é o fenômeno no qual a luz tem a sua velocidade alterada. Esse fenômeno pode ou não estar acompanhado em uma mudança na trajetória percorrida pela luz que se propaga pelo meio. A medida da mudança de velocidade da luz refratada pode ser calculada por meio de um coeficiente adimensional chamado índice de refração:

n — Índice de refração

c — Velocidade da luz no vácuo (c = 3,0.108 m/s)

v — Velocidade da luz no meio (m/s)

O índice de refração mede a razão entre a velocidade da luz no vácuo pela velocidade da luz em um determinado meio, por isso, o módulo do índice de refração deve ser sempre maior que 1. Um índice de refração igual a 1 indica que a luz move-se através de um meio óptico com a mesma velocidade em que ela poderia propagar-se no vácuo.

Além de afetar diretamente a velocidade com que a luz propaga-se em seu interior, o índice de refração, por meio da lei de Snell, indica que o feixe luminoso pode sofrer um desvio angular em sua trajetória. Quanto maior for o índice de refração, maior será esse desvio angular. Tal lei é descrita pela equação matemática mostrada na figura seguinte:

n1 — Índice de refração do meio 1

n2 — Índice de refração do meio 2

senθ1 — Seno do ângulo de incidência

senθ2 — Seno do ângulo de refração

A próxima imagem mostra a luz que incide sobre o meio 2 emergindo do meio 1:

Caso queira compreender mais sobre esse fenômeno óptico, confira o nosso artigo: Refração.

Veja também: Conheça os mais incríveis fenômenos ópticos

Decomposição da luz branca

Pelo fato de a luz branca ser composta por diferentes frequências de luz, e o índice de refração ser diferente para cada uma dessas frequências, o desvio angular da luz também será diferente para cada uma delas.

Dessa forma, será possível observarmos o espectro eletromagnético após a luz propagar-se no interior de um prisma e em outros meios transparentes, como é possível verificar na imagem seguinte:


Quando a luz é refratada, é possível visualizar a sua composição.

O índice de refração é proporcional à frequência da luz e inversamente proporcional ao seu comprimento de onda. Isso indica que a luz violeta, por exemplo, deve sofrer um desvio angular maior do que a luz vermelha, uma vez que, para essa componente da luz, o índice de refração é maior:

Violeta é a cor que sofre o maior desvio angular quando refratada.
Violeta é a cor que sofre o maior desvio angular quando refratada.

Dispersão da luz no arco-íris

O arco-íris é um fenômeno óptico que tem origem na dispersão da luz. Esse surge quando há um grande número de gotículas de água no ar. A luz branca entra no interior dessas gotículas e sofre refração, em seguida, sofre uma reflexão interna total, sendo, por fim, refratada novamente para o ar.

O caminho tomado pela luz no interior da gotícula é longo o suficiente para que se observe o desvio angular entre as diferentes frequências da luz branca.

O arco-íris é formado pela dispersão da luz que atravessa pequenas gotículas de água.
O arco-íris é formado pela dispersão da luz que atravessa pequenas gotículas de água.

Quer saber mais sobre esse fenômeno óptico? Acesse o nosso texto: Arco-íris.

Veja também: Qual é a velocidade da luz?

Experimento sobre a dispersão da luz

Experimentos sobre a dispersão da luz são fáceis de conduzir e, geralmente, têm baixo custo. Se você quer fazer um experimento que permita a visualização da dispersão da luz, sugerimos que você tenha: um prisma de acrílico ou vidro e uma fonte de colimada, como uma lâmpada fluorescente disposta atrás de um anteparo com uma pequena fenda.

Em uma sala escura, ligue a lâmpada e posicione o anteparo em frente a ela, a uma distância em que a sua luz produza uma linha luminosa sobre a superfície onde se encontra o prisma. Aproxime o prisma e rotacione-o, até que seja possível observar a dispersão da luz.

Veja também: Diferença entre lâmpada fosforescente e fluorescente

Espalhamento da luz

O espalhamento da luz é o fenômeno em que a luz incidente sobre uma partícula é reemitida em outras direções, mas com a mesma frequência.

Entretanto, existe o fenômeno de espalhamento seletivo. Nesse fenômeno as partículas espalham, de maneira mais eficiente, determinadas frequências de luz. No caso das partículas atmosféricas, estas são altamente eficientes em espalhar as frequências referentes às cores azul e violeta. É por esse motivo que o nosso céu é azul.

Refração da luz na atmosfera

Você sabia que a cor do pôr do sol tem a ver com a refração da luz?
Você sabia que a cor do pôr do sol tem a ver com a refração da luz?

A refração da luz na atmosfera é o motivo de o pôr do Sol ser alaranjado. Durante o pôr do Sol, o caminho que a luz percorre até chegar aos nossos olhos é maior, dessa forma, o desvio angular da luz é mais notório.

Além disso, o fato de o espalhamento ocorrer apenas para a luz azul e violeta faz com que as menores frequências, como o vermelho e o laranja, sejam mais presentes a longas distâncias, pois percorrem distâncias muito maiores.

Por Me. Rafael Helerbrock

Quando a luz atravessa um prisma é possível observar a sua decomposição.
Quando a luz atravessa um prisma é possível observar a sua decomposição.

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Dispersão da luz branca"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-dispersao-luz-branca.htm. Acesso em 12 de dezembro de 2019.

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Lista de Exercícios
Questão 1

(UFMG – 2006) Rafael e Joana observam que, após atravessar um aquário cheio de água, um feixe de luz do Sol se decompõe em várias cores, que são vistas num anteparo que intercepta o feixe.

Tentando explicar esse fenômeno, cada um deles faz uma afirmativa:

• Rafael: Isso acontece porque, ao atravessar o aquário, a frequência da luz é alterada.

• Joana: Isso acontece porque, na água, a velocidade da luz depende da frequência.

Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que:

A) ambas as afirmativas estão certas.

B) apenas a afirmativa de Rafael está certa.

C) ambas as afirmativas estão erradas.

D) apenas a afirmativa de Joana está certa.

Questão 2

 (UEL/2006) A partir do século XIII, iniciando com o pensador Robert Grosseteste,os estudos em óptica avançaram sistemática e positivamente, dando origem às explicações científicas a respeito das produções de fenômenos e imagens, como é o caso dos estudos sobre o arco-íris e as lentes.

Sobre o fenômeno de formação do arco-íris, considere as afirmativas a seguir.

I. O arco-íris primário é causado por uma refração e uma reflexão dos raios de Sol nas gotas de chuva.

II. O arco-íris aparece quando os raios de luz branca incidem em gotículas de água presentes no ar e pode ocorrer naturalmente ou ser produzido artificialmente.

III. O arco-íris é decorrente do processo de difração da luz branca nas gotas de chuva.

IV. A dispersão dos raios de luz branca é responsável pelo espectro de luzes coloridas que aparece, por exemplo, pela passagem dessa luz por gotículas de água ou por um prisma e cristal trigonal.

Estão corretas apenas as afirmativas:

a) I e III.

b) II e IV.

c) I, II e III.

d) I, II e IV.

e) II, III e IV. 

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