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Meios ópticos que interagem com a luz podem ser classificados como transparentes, opacos e translúcidos. Os meios transparentes são aqueles que possibilitam a passagem de luz sem que ocorra dispersão. Os meios translúcidos, por sua vez, são aqueles que permitem a passagem da luz, no entanto, de forma irregular, de modo que não conseguimos enxergar com nitidez através deles. Já os meios opacos são aqueles em que a luz não consegue penetrar, neles ocorrem somente a reflexão e a absorção da luz.
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Meios transparentes
De forma simplificada, os meios transparentes são aqueles em que a luz pode atravessar segundo uma trajetória regular, sem grandes variações de direção nem perdas significativas de luminosidade.
Os meios transparentes apresentam o mesmo índice de refração em todo o seu conteúdo, além disso, ao atravessá-los, os raios de luz fazem-no de modo que não sofram dispersão. Outra característica importante desses meios é que os raios de luz que os atravessam obedecem à lei de Snell, mostrada a seguir:
A lei de Snell relaciona meios de diferentes índices de refração pelos ângulos de incidência e refração.
A dispersão da luz é um fenômeno óptico caracterizado pela separação da luz no interior de meios ópticos que não são perfeitamente transparentes, mas apresentam “grânulos” (pequenas estruturas cristalinas) de tamanhos similares ao comprimento de onda da luz que incide sobre suas faces. Outros fatores, como defeitos estruturais ou irregularidades nas posições dos átomos, também podem fazer um meio tornar-se menos transparente.
Os meios ópticos são qualificados como transparentes de acordo com o comprimento de onda da luz que os atravessa, um exemplo disso são os vidros, como aqueles utilizados nas estufas: eles permitem a passagem da luz visível, mas não que o infravermelho escape para o exterior. Dessa maneira, dizemos que esses materiais são transparentes para a luz visível, mas opacos para o infravermelho.
Como dito, a propriedade física que determina a transparência de um meio óptico é a relação entre os tamanhos das estruturas cristalinas que o compõem com o tamanho do comprimento da onda eletromagnética — caso esses tamanhos apresentem a mesma ordem de grandeza, ocorrerá a dispersão da luz. Portanto, a luz visível, cujos comprimentos de onda encontram-se na escala dos mícrons (10-6 m), só passará por um meio óptico sem sofrer dispersão se as estruturas cristalinas desse meio forem menores que 10-6 m.
No nível microscópico, a transparência de um meio óptico está diretamente relacionada com os níveis de energia dos seus elétrons. Caso a diferença entre esses níveis de energia seja diferente da energia que é carregada pelos fótons da luz, a luz não será absorvida, em outras palavras, o meio óptico em questão será transparente para aquela frequência de luz.
Exemplos de meios transparentes
Vamos conferir alguns exemplos de meios ópticos transparentes:
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Vácuo: Apesar de ser caracterizado como uma região em que não há presença de matéria, é possível que se transfira energia através do vácuo, sendo assim, podemos considerá-lo como um meio. Nesse sentido, o vácuo é o único meio perfeitamente transparente;
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Vidro: A maioria dos vidros tem grande transparência, uma vez que as partículas que o constituem são menores do que o comprimento de onda da luz visível;
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Ar atmosférico: Apesar de transparente para a maior parte da luz visível, o ar atmosférico não é completamente transparente para a cor azul e violeta, assim como a água. No entanto, esse efeito só é observado quando olhamos para uma grande extensão desse meio, como em um lago profundo ou como quando olhamos para cima e vemos o céu azul. A coloração azul do céu está relacionada com a dispersão da luz pelas moléculas ali presentes.
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Meios translúcidos
De maneira bastante simplificada, os meios translúcidos permitem a transmissão da luz, no entanto, com pouca nitidez. Diferentemente dos meios transparentes, os meios translúcidos apresentam índices de refração variados em seu interior. Quando a luz passa através deles, sua trajetória é irregular, desse modo, quando tentamos enxergar algum objeto posicionado atrás de um meio translúcido, vemos uma imagem bastante distorcida.
Exemplos de meios translúcidos
Confira alguns exemplos de meios translúcidos:
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Vidro jateado: permite a passagem parcial da luz. No entanto, não conseguimos enxergar com detalhes os objetos que se encontram atrás dele;
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Sacola plástica: é atravessada pela luz, mas não conseguimos enxergar objetos atrás dela;
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Papel manteiga: só permite enxergarmos objetos atrás dele quando colocados muito próximos ao meio, reduzindo assim a dispersão da luz;
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Neblina: através dela, pode-se ver a luz dos faróis de um carro, mas não é possível determinar com clareza a silhueta do veículo, por exemplo.
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Meios opacos
Os meios opacos não permitem a transmissão da luz em seu interior. Quando a luz atinge a interface de um meio opaco, ela pode sofrer reflexão regular ou difusa, como ocorre nas superfícies de uma casca de árvore e um espelho, respectivamente.
No caso da casca de árvore, não há transmissão da luz, mas sim reflexão difusa: não podemos enxergar-nos quando olhamos para sua superfície, apesar de enxergá-la. Já no caso do espelho, não há transmissão da luz, mas podemos enxergar o nosso reflexo, por isso dizemos que ocorreu reflexão regular.
A opacidade de um meio diz respeito à distância a que a luz deve propagar-se no interior de um meio, à intensidade da luz, à densidade do meio e a uma propriedade chamada coeficiente de atenuação de massa, que diz respeito a quão grande é a facilidade que a luz tem de penetrar esse meio.
Exemplos de meios opacos
Vamos conferir alguns exemplos de meios opacos:
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Madeira: Quando olhamos para um pedaço de madeira, não é possível enxergar o que está atrás dele, desse modo, dizemos que esse meio é opaco à luz visível;
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Concreto: De modo similar ao da madeira, o concreto não permite a passagem da luz visível, refletindo-a de forma irregular e absorvendo-a;
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Metais: Quando polidos, os metais refletem a luz de forma regular e absorvem-na.
Por Rafael Helerbrock
Professor de Física