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Caminhos da Luz

Borges e Nicolau

Quando a luz incide do ar para a água parte da radiação é refratada, mas também ocorre reflexão e uma pequena parcela da radiação incidente é absorvida. "Narciso ficou inebriado ao contemplar a própria beleza mirando-se num espelho dágua". No entanto, quando a incidência se dá no sentido oposto, isto é, da água para o ar, pode ocorrer reflexão total. Tal fenômeno acontece quando a luz vai do meio mais refringente para o menos refringente e o ângulo de incidência i (ângulo formado entre a direção do raio incidente e a direção da normal ao ponto de incidência) é maior do que o ângulo limite L, obtido através da função trigonométrica seno e cujo valor numérico é igual ao quociente entre o índice de refração menor (nmenor) e o índice de refração maior (nmaior) dos meios estudados. Obtido o seno, uma tabela dará o ângulo em graus.

No caso da figura: sen L = nar/nágua.

Vamos calcular o ângulo limite (L) para o dióptro ar-água, considerando o índice de refração absoluto do ar (nar) igual a 1 e o da água (nágua), igual a 1,33. 

Sen L = nar/nágua  =>  sen L = 1/1,33  =>  sen L ≈ 0,7519

L é o ângulo cujo seno vale 0,7519.  =>  Da tabela, L ≈ 48º

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A reflexão total é mais eficiente do que a reflexão especular, pois a parcela correspondente à absorção é desprezível. Dessa forma dispositivos ópticos capazes de refletir totalmente a luz têm inúmeras aplicações, como é o caso dos prismas de reflexão total, utilizados em câmeras fotográficas, telescópios, periscópios e binóculos, para citar apenas alguns artefatos.

Prismas de cristal de reflexão total

Nas telecomunicações atuais a reflexão total tem papel da maior importância, pois os sinais luminosos que percorrem as fibras ópticas podem transportar, mediante conversão, sinais eletrônicos que antes transitavam em cabos metálicos.

Imagine um cilindro de vidro revestido por uma camada também de vidro com índice de refração menor, de tal forma que a luz incidente na seção do cilindro fique aprisionada através de sucessivas reflexões totais.

No desenho acima temos uma seção de fibra óptica onde podemos ver o núcleo e a casca.  A luz não escapa, seja transitando em linha reta ou fazendo curvas, conforme a disposição do fio. Clique para ampliar

Comparando fibras ópticas e cabos metálicos

As fibras ópticas multiplicam por mil, ou mais, a capacidade de transportar informações;

A matéria-prima das fibras ópticas é a sílica, mais abundante e de mais fácil extração do que os metais, isso faz com que o custo de produção seja baixo e elimina o perigo de escassez;

As fibras ópticas não sofrem interferências elétricas nem magnéticas, o que dificulta "grampeamentos" e linhas cruzadas;

As fibras ópticas são imunes a falhas, garantindo a confiabilidade das comunicações.

Os fios de vidro são resistentes à ação do ambiente, não enferrujam, não se oxidam e não são atacados pela maioria dos agentes químicos.

Saiba mais aqui e aqui.