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A figura mostra a trajetória de um raio de luz monocromática que incide perpendicularmente à superfície de um prisma no ponto P. O prisma é constituído do material , no qual a luz se propaga com velocidade de , e está imerso no material .
a. Qual fenômeno óptico ocorre com o raio de luz no ponto P? Mostre que a expressão matemática que representa a lei referente a esse fenômeno é válida na situação representada na figura.
b. Sabendo que a luz se propaga no vácuo com velocidade de 3,0 × km/s, calcule o índice de refração absoluto do material . Sabendo que o seno do ângulo vale 0,75, calcule o maior valor do índice de refração absoluto do material para que ocorra o fenômeno mostrado no ponto Q.
a. No ponto P, a luz muda de meio de propagação ao passar do meio 2 para o meio 1, ocorrendo então uma refração.
A expressão matemática que representa a lei referente a esse fenômeno é a segunda lei da refração (lei de Snell–Descartes). Assim:
Logo, a luz deve adentrar o meio 2 em P sem sofrer desvio de trajetória, como representado na figura, validando a expressão matemática.
b. A partir do índice de refração absoluto do meio 1, tem-se:
O fenômeno mostrado em Q é o da reflexão interna total, que ocorre quando a luz incide do meio mais para o meio menos refringente, num ângulo de incidência maior que o ângulo limite entre os dois meios. Assim:
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