Refração: uma breve discussão.

Olá, pessoal.
Este artigo vai tratar de um tema bem "batido" mas à Feynman.

Sabemos que a luz é algo de suma importância para a vida humana e nos revela a algumas belezas neste vasto universo! Comumente chamamos de luz apenas o que nossos olhos conseguem interpretar. Porém, nossos olhos detectam apenas um pequeno "pedaço" do espectro de ondas eletromagnéticas! Esse nosso órgão detecta, graças à seleção natural, a faixa de maior emissão eletromagnética do Sol. Porém, há uma vasta quantidade de comprimentos de onda que nossos olhos não são capazes de "interpretar". O assunto de hoje acontece não só com todo o espectro eletromagnético (microondas, ondas de rádio, infravermelho, raios gamma, etc.) mas também com qualquer tipo de onda! Este assunto é a REFRAÇÃO.

Nos livros de Ensino Médio sempre há aquela foto do índio com a lança tentando pescar um peixe. É dito que o índio deve jogar sua lança mais à frente da posição na qual ele vê o peixe. Isso acontece pois a luz sofre um desvio ao entrar na água. Este fenômeno de "desvio" da luz é a refração. Qualquer aluno de Ensino Médio pode explicar que isto acontece pois estes meios (ar e água) tem índices de refração diferentes e por isso a luz muda sua trajetória. "Vestibularmente" isto pode ser suficiente, mas isto não diz nada sobre a física nem sobre o comportamento da luz!

Há um princípio físico chamado de Princípio de Fermat que diz: "A luz vai de um ponto a outro na trajetória que leva menos tempo". Atualmente existem formas mais "robustas" deste princípio. Porém, esta forma é válida e é o suficiente para nós!

Pois bem! Temos aqui uma aparente contradição: sabemos que a menor distância entre um ponto a outro é uma reta; sabemos que a luz respeita o Princípio de Fermat; sabemos que quando a luz entra na água ela sofre um desvio então não possui uma trajetória reta! Como ela não percorre uma reta, que não é o menor caminho e ainda sim respeitar o Princípio de Fermat (caminho que leva o menor tempo)?  Usaremos aqui uma ilustração descrita por Richard Feynman em um de seus EXCELENTES livros "Lições de Física".

Suponha que você seja um salva-vidas responsável por uma piscina retangular e seu posto seja em um dos vértices desta piscina. Suponha ainda que uma pessoa comece a se afogar no centro da piscina. Como todos podemos imaginar, assim como a luz, o salva-vidas quer chegar ao ponto desejado levando o menor tempo! Qual será o caminho que ele fará até chegar na vítima? Uma escolha interessante seria uma reta, já que ela é o menor caminho até a pessoa! Porém, este não é o caminho mais rápido! É o caminho mais curto, mas não o mais rápido! Nos movemos com maior velocidade andando do que nadando. Desta forma, é interessante que o salva-vidas percorra um trecho correndo e só depois pule na piscina. Mesmo não sendo o caminho mais curto, é o mais rápido! A luz faz basicamente a mesma coisa! Ela viaja com maior velocidade no ar quando em comparação com a água! Então é vantajoso que ela não siga o menor caminho. Ela deve percorrer uma distância maior no ar para então entrar na água e assim percorrer a trajetória no menor intervalo de tempo possível.

Desta forma somos capazes de entender o motivo da luz fazer um "desvio" em sua trajetória. Tudo para percorrer o trajeto que leva menos tempo!

Por hoje é só. Espero que tenham gostado e que pensem sobre o assunto. As deduções da Lei de Snell se baseiam neste conceitos!
Abraço,

Duane Damaceno