Simulador de refração e reflexão interna total
Equações desta simulação
| n₁ | Material onde a luz começa (n₁) | o índice de refração: quantas vezes mais devagar a luz viaja ali do que no vácuo | |
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| n₂ | Material em que ela entra (n₂) | no comprimento de onda escolhido, então muda um pouco com a cor | |
| θ₁ | Ângulo de incidência θ₁ (°) | medido a partir da normal, a linha tracejada perpendicular à superfície, não a partir da superfície | |
| θ₂ | ângulo de refração | menor que θ₁ ao entrar num material mais denso (o raio se aproxima da normal), maior ao sair de um |
Com os valores atuais:
| v | velocidade da luz no segundo material | c = 299.792 km/s; os pontos em movimento desaceleram por esse fator, e essa mudança de velocidade é o que desvia o raio |
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Com os valores atuais:
| θ_c | ângulo crítico | só existe ao passar de um material mais denso para um menos denso (n₁ maior que n₂); além dele nenhuma luz atravessa e toda é refletida |
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Com os valores atuais:
| θ_B | ângulo de Brewster | a luz polarizada no plano de incidência não é refletida aqui, então o reflexo fica totalmente polarizado; óculos de sol polarizados usam isso |
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Com os valores atuais:
| R | fração da luz refletida | as equações de Fresnel, para luz não polarizada; o resto, T = 1 − R, atravessa. O gráfico as mostra em função do ângulo |
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Com os valores atuais:
| λ | Comprimento de onda λ (nm) | fórmula de Cauchy: a luz violeta vê um índice maior que a vermelha, então se desvia mais, e por isso um prisma forma um espectro |
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Com os valores atuais:
| A | Ângulo do vértice do prisma A (°) | o ângulo na ponta do prisma | |
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| δ | desvio | quanto o feixe gira em relação à direção original; é mínimo, δ_min, quando o raio atravessa o prisma de forma simétrica |
Com os valores atuais:
| θ_max | ângulo de aceitação da fibra | a luz que entra pela ponta da fibra a mais que este ângulo do eixo bate na lateral abaixo do ângulo crítico e escapa |
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Com os valores atuais:
Como usar o simulador de refração
- Escolha o material onde a luz começa e o material em que ela entra, e ajuste o ângulo de incidência. O feixe desvia na fronteira pela lei de Snell, um feixe refletido fraco volta e os pontos brancos mostram a luz desacelerando no material mais denso. A linha tracejada é a normal, a partir da qual todos os ângulos são medidos.
- Comece na água, no vidro ou no diamante, entre no ar e aumente o ângulo. O feixe refratado se deita em direção à superfície e enfraquece, e além do ângulo crítico desaparece: toda a luz é refletida. Marque Varrer o ângulo para ver isso acontecer e acompanhe a parte refletida no gráfico, que também marca o ângulo de Brewster, onde a luz polarizada no plano de incidência não é refletida.
- Mude para o prisma e marque Luz branca para separar um feixe em suas cores, ou para a fibra óptica para ver a luz presa por reflexão interna total e escapando quando entra inclinada demais. Para lentes e espelhos, o Simulador de lentes e espelhos desenha diagramas de raios.
Perguntas frequentes
O que é a lei de Snell?
n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂: o índice de refração vezes o seno do ângulo em relação à normal é igual dos dois lados de uma fronteira. O índice n diz quantas vezes mais devagar a luz viaja no material do que no vácuo, 1,33 na água e cerca de 1,5 no vidro, então a luz que passa do ar para o vidro se aproxima da normal.
O que é o ângulo crítico?
O ângulo de incidência a partir do qual a luz não consegue sair de um material mais denso: sin θ_c = n₂ ÷ n₁. É de 48,6° da água para o ar, cerca de 41° do vidro e 24,4° do diamante, cujo pequeno ângulo crítico prende a luz dentro de uma pedra lapidada e a faz brilhar. Além dele, toda a luz é refletida: reflexão interna total.
Por que um prisma separa a luz branca?
O índice de refração do vidro é um pouco maior para a luz violeta do que para a vermelha (dispersão), então o violeta desvia mais em cada face. No vidro crown o índice vai de cerca de 1,531 a 400 nm até 1,513 a 700 nm, o bastante para abrir a saída de um prisma de 60° em cerca de 2°. A simulação usa a fórmula de Cauchy n = A + B ÷ λ² para cada material.
Como as fibras ópticas conduzem a luz?
Por reflexão interna total: a luz percorre um núcleo de vidro cercado por um material de índice menor e bate na lateral sempre além do ângulo crítico, então nada escapa. Ela precisa entrar dentro do ângulo de aceitação, definido pela abertura numérica NA = √(n_núcleo² − n_casca²). Fibras reais têm uma casca com índice só cerca de 1 % menor que o núcleo, o que dá ângulos de aceitação de cerca de 12°.
Diz que o WebGL está desativado.
A visualização 3D precisa de WebGL, que todo navegador atual tem. Ele pode ser desativado pela aceleração de hardware desligada nas configurações do navegador, ou por um driver gráfico muito antigo. Ligue a aceleração de hardware ou tente outro navegador.
Alguma coisa é enviada?
Não. A simulação é desenhada pelo seu próprio navegador com WebGL; nada é enviado a lugar nenhum, e ela continua funcionando offline depois que a página carrega.