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Fenômenos ópticos

Física

Fenômenos ópticos são eventos observáveis em nosso cotidiano. Saiba quais são os fenômenos ópticos mais importantes e entenda como eles funcionam.
Embora pareçam divergentes, os raios crepusculares são paralelos.
Embora pareçam divergentes, os raios crepusculares são paralelos.
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Fenômenos ópticos são eventos observáveis a olho nu resultantes da interação da luz com a matéria. Entre os principais fenômenos ópticos, podemos destacar a reflexão, a refração, a absorção, a dispersão e a interferência da luz. Diversos fatos naturais relacionados à luz são decorrentes desses fenômenos.

Reflexão da luz

A reflexão da luz é responsável por conseguirmos enxergar a maior parte dos objetos ao nosso redor. A maioria desses corpos são fontes secundárias de luz, também chamados de corpos iluminados, ou seja, não produzem sua própria luz, apenas refletem os raios luminosos que chegam até eles.

Quando incide sobre uma superfície de relevo acidentado ou áspero, a luz sofre reflexão difusa, mesmo que microscopicamente. Durante esse fenômeno, os ângulos de incidência e de reflexão são diferentes, por isso, não conseguimos enxergar imagens refletidas nessas superfícies.

Quando uma superfície é suficientemente lisa ou polida, é possível que ela reflita a luz de maneira regular, isto é, com os ângulos de incidência e de reflexão iguais. Esse tipo de reflexão permite enxergarmos imagens refletidas, como quando olhamos para um espelho ou para uma bandeja de prata polida.

Quando a luz sofre reflexão em uma superfície plana e sem qualquer curvatura, as imagens formadas são chamadas de imagens virtuais, as quais são formadas “atrás” da superfície por meio do cruzamento dos prolongamentos dos raios de luz.

Se a luz for refletida regularmente por uma superfície côncava, a imagem será projetada na frente dessa superfície e receberá o nome de imagem real.

Veja também: Aprenda a diferença entre imagens reais e virtuais

Refração da luz

A refração ocorre quando a luz é transmitida através da interface de dois meios transparentes, como o ar e a água. Nesse processo, a luz sofre uma mudança em sua velocidade de propagação, podendo ficar mais rápida ou mais lenta, dependendo do índice de refração do meio em que adentra.

O índice de refração é uma grandeza adimensional e é dada pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio.

Veja também: Você sabe qual é a velocidade da luz?

Além disso, a velocidade da luz em qualquer meio físico depende de sua frequência, por isso, cada cor propaga-se com velocidade levemente diferente. Em virtude disso, ao passar por um prisma, a luz dispersa-se nas cores do arco-íris, conhecidas como espectro visível. O fenômeno em que a luz branca separa-se nas diferentes cores visíveis é chamado de dispersão da luz.

Absorção da luz

Certos pigmentos, como as tintas azuis, vermelhas, verdes, assim como outros elementos, são capazes de absorver determinadas frequências de luz. A presença de alguns tipos de átomos muda a tonalidade de uma substância em virtude das frequências de luz que esses átomos são capazes de absorver.

Corpos brancos têm a capacidade de refletir igualmente todas as frequências de luz visível incidentes sobre eles. Já os corpos negros tendem a absorver todas as cores da luz visível. Uma camiseta vermelha, por exemplo, apresenta-se na cor vermelha quando iluminada por fontes de luz branca, as quais, naturalmente, emitem todas as cores do espectro visível. Nessa situação, essa camiseta será capaz de absorver parcialmente a luz branca que a ilumina: absorverá o azul, o amarelo, o verde, porém será incapaz de absorver o vermelho, refletindo-o.

Em um ambiente completamente escuro, no entanto, a camiseta vermelha não será visível, uma vez que ela não emite sua própria luz, apenas reflete-a. Se iluminada por uma lâmpada azul monocromática, por exemplo, essa camiseta será vista da cor preta, uma vez que irá absorver a cor azul.

Veja também: Por que o céu é azul?

Fenômenos ópticos naturais

Os fenômenos ópticos naturais ocorrem em virtude da interação da luz com a atmosfera terrestre, com as nuvens, bem como com partículas de gelo e de poeira. Quando interage com esses diferentes meios, a luz pode sofrer reflexão, refração, dispersão e interferência, produzindo efeitos muito bonitos e curiosos, como os que serão mostrados adiante.

Aurora boreal

A aurora boreal é um fenômeno luminoso que ocorre quando as partículas emitidas pelo Sol, chamadas de vento solar, adentram as regiões atmosféricas polares, que apresentam campos magnéticos mais concentrados, com altas intensidades. Essas partículas são eletricamente carregadas, por isso, ao adentrarem os polos, sofrem deflexões, emitindo luzes verdes e azuladas nesse processo.

Aurora Boreal
Quando o vento solar entra nas regiões polares e é defletido, bonitos padrões luminosos surgem no céu.

Miragem

As miragens ocorrem em decorrência de uma grande variação espacial (gradiente) na temperatura do ar. Por exemplo, quando o asfalto encontra-se muito quente, o ar próximo a ele fica muito aquecido, mas as camadas de ar que se encontram um pouco acima estão significativamente mais frias. O inverso também pode ocorrer caso a temperatura do solo ou dos mares, por exemplo, esteja fria, e a temperatura do ar logo acima esteja quente.

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As ilusões de óptica vistas nas miragens surgem em virtude dessa diferença de temperatura: o ar mais quente é menos denso e tem menor índice de refração. Essa menor densidade faz com que ele suba em razão da força de empuxo atmosférico, enquanto o menor índice de refração produz as distorções da imagem.

Nos mares, esse efeito surge em razão da baixa temperatura das águas e da alta temperatura dos ares, produzindo a chamada Fata Morgana. Esse efeito causa a impressão de que os barcos no horizonte estão voando sobre a superfície do mar, por isso, alguns historiadores acreditam que esse fenômeno tenha dado origem à lenda do Holandês Voador.

O efeito Fata Morgana surge quando a água dos mares está fria, e o ar atmosférico, quente.
O efeito Fata Morgana surge quando a água dos mares está fria, e o ar atmosférico, quente.

Veja também: Aprenda mais sobre as miragens

Raios crepusculares

Os raios crepusculares surgem quando a luz solar atravessa aberturas existentes nas nuvens. Em razão da perspectiva dos observadores que se encontram no solo, esses raios parecem imergir de um único ponto no céu, como se fossem divergentes. No entanto, são quase perfeitamente paralelos entre si.

Raios de luz crepusculares
De acordo com a ótica geométrica, fontes externas e distantes, como o Sol, produzem raios de luz paralelos.

Raios anticrepusculares

Os raios anticrepusculares têm a mesma origem dos raios crepusculares, no entanto, são vistos na direção contrária do Sol.

Raios anticrepusculares
Os raios anticrepusculares são raios de luz vistos na direção oposta à dos raios crepusculares.

Halo solar

O halo solar é uma coroa multicolorida perfeitamente circular. É formada ao redor do Sol em virtude da refração da luz por pequenos cristais de gelo presentes na atmosfera de locais muito frios. O formato geométrico ocorre em razão da estrutura cristalina desses cristais, os quais possuem forma hexagonal. Em alguns casos, é possível ver que o halo concentra mais luz em pontos específicos, que são chamados de parélios.

Halo solar
O acúmulo de luz visto nas direções vertical e horizontal durante um halo solar é chamado de parélio.

Veja também: Saiba mais sobre o halo solar

Arco-íris

Quando é refratada dentro de gotículas de água presentes na atmosfera, a luz solar pode sofrer uma reflexão interna total no interior do meio aquoso. Ao deixar o interior dessas gotículas, a luz encontra-se dispersa, ou seja, apresenta uma separação de acordo com a cor, assim como quando a luz atravessa um prisma, por exemplo. Dessa forma, origina-se o arco-íris.

Arco-íris
Apesar de parecerem arcos, os arcos-íris são, na verdade, círculos completos. No entanto, parte deles incide sobre a superfície, que o absorve.

Veja também: Como se formam os arco-íris?

Pilares de luz

Os pilares de luz, fenômenos atmosféricos presentes em regiões muito frias, ocorrem em virtude da reflexão da luz por milhões de cristais microscópicos de gelo suspensos no ar atmosférico. Ao passar por esses cristais, a reflexão da luz faz com que pareça propagar-se na direção vertical.

Pilares de luz
Os pilares de luz surgem em virtude da presença de milhões de cristais microscópicos de gelo presentes no ar.

Nuvens iridescentes

As nuvens iridescentes são fenômenos ópticos bastante raros que acontecem na atmosfera. Consiste no surgimento de padrões de cores similares àqueles dos arcos-íris nas nuvens. As cores exibidas podem ser bastante vívidas ou podem apresentar tons pastel.

Esse fenômeno origina-se da difração da luz por pequenos cristais de gelo, menores ainda do que aqueles que causam o halo solar. Em decorrência de seu pequeno tamanho, esses cristais conseguem espalhar a luz e dispersá-la, mostrando todo o espectro visível na superfície das nuvens. Uma série de fatores contribui para que esse fenômeno ocorra: o tamanho uniforme dos cristais de gelo, a distância da nuvem, sua transparência e, até mesmo, o ângulo entre os raios de luz e a superfície dos cristais.

Nuvens iridescentes
As nuvens iridescentes são fenômenos raros cuja ocorrência depende de condições bastante particulares.

Cinturão de Vênus

O Cinturão de Vênus é um fenômeno visível durante o amanhecer e o pôr do Sol. Caracteriza-se por uma faixa de tons rosas distribuídos ao longo horizonte, cerca de 10º a 20º acima da superfície.

Esse fenômeno ocorre em razão da refração da luz solar. De acordo com o ângulo, somente as cores de menor frequência do espectro, como o vermelho e o laranja, são refratadas dentro da atmosfera, colorindo-a de tons quentes.

Cinturão de Vênus
Cinturão de Vênus durante o pôr do Sol.


Por Me. Rafael Helerbrock

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

HELERBROCK, Rafael. "Fenômenos ópticos"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/fenomenos-opticos.htm>. Acesso em 25 de marco de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

A luz branca incide sobre um meio transparente cujo índice de refração é igual a 1,2. Assinale a alternativa correta em relação à velocidade da luz nesse meio:

a) A velocidade da luz nesse meio é 1,2 vezes mais rápida do que no vácuo.

b) A velocidade da luz nesse meio é 1,2 vezes mais lenta do que no vácuo.

c) A velocidade da luz nesse meio é igual à velocidade da luz no vácuo.

d) A velocidade da luz nesse meio depende da velocidade do seu observador.

Questão 2

Quando a luz branca atravessa um prisma transparente ela decompõe-se, tornando evidente o espectro de cores que se une para formá-la. O fenômeno descrito refere-se à:

a) dispersão da luz.

b) reflexão da luz.

c) absorção da luz.

d) difração da luz.

e) polarização da luz.

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