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Dispersão da Luz Guia

FísicaIntermediárioTempo de leitura: 4 min

Visão Geral

Em 1666, Newton deixou um feixe de luz solar passar por um prisma triangular em uma sala escura, e uma bela fita de sete cores apareceu na parede. Este experimento destruiu completamente a crença tradicional de que 'a luz é uma entidade pura e única'. Este experimento leva você de volta à descoberta clássica de Newton, simulando o processo de decomposição da luz branca através de um prisma triangular para explorar as minúsculas diferenças nas propriedades refrativas de diferentes luzes monocromáticas.

Antecedentes

Antes de Newton, acreditava-se amplamente que a luz branca era a mais pura e que as cores eram causadas por algum tipo de 'poluição' da luz pelos objetos. Newton provou através do famoso 'experimento do prisma' que a luz branca é na verdade uma mistura de luzes de diferentes cores. Ainda mais engenhosamente, ele usou um segundo prisma para recombinar as sete cores de luz de volta em luz branca, confirmando indiscutivelmente a teoria da dispersão da luz. Essa descoberta abriu as portas para a espectroscopia, permitindo-nos até analisar a composição de estrelas a bilhões de anos-luz de distância.

Conceitos-chave

Dispersão da Luz

O fenômeno onde a luz policromática se decompõe em luzes monocromáticas. Depois que a luz branca passa por um prisma, ela se decompõe em sete cores: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta.

Espectro

Uma faixa de luz colorida disposta em ordem de comprimento de onda (ou frequência) após a luz policromática ser decomposta. É a 'impressão digital' da luz branca.

Índice de Refração e Frequência/Comprimento de Onda

nviolet>nredn_{\text{violet}} > n_{\text{red}}

O índice de refração de um meio é diferente para a luz de cores diferentes. A luz com maior frequência e menor comprimento de onda (como a luz violeta) tem um índice de refração maior e desvia mais significativamente.

Fórmulas e Derivação

Relação entre Desvio e Índice de Refração

δ∝n−1\delta \propto n - 1
Como o índice de refração nn do vidro para a luz violeta é maior, o ângulo de desvio δ\delta da luz violeta de sua direção de propagação original ao passar pelo prisma é o maior, e a luz vermelha é o menor.

Passos do Experimento

  1. 1

    Recriar o Experimento de Newton

    Observe o processo de um feixe de luz branca entrando em um prisma triangular. O que acontece com a luz na primeira interface do prisma? O feixe de luz ainda é branco depois de entrar no prisma?
  2. 2

    Explorar Ângulos de Desvio

    Arraste o controle deslizante 'Ângulo de Incidência' para mudar a direção incidente da luz. Observe cuidadosamente a faixa de luz colorida saindo do prisma. Qual cor de luz desvia mais (a posição absoluta é a mais baixa)? Qual desvia menos?
  3. 3

    Comparar Arranjo Espectral

    Registre a ordem das sete cores: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta. Comparando seus dados de comprimento de onda, que padrão você encontra entre o índice de refração e o comprimento de onda?
  4. 4

    Explorar Luz Invisível

    Clique em 'Mostrar Infravermelho' e 'Mostrar Ultravioleta'. Em que regiões do espectro eles estão localizados, respectivamente? Com base nessa distribuição, você consegue adivinhar por que os raios infravermelhos têm um efeito térmico significativo?

Resultados de Aprendizagem

  • Confirmar que a luz branca é luz policromática composta por sete luzes monocromáticas: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta.
  • Dominar a ordem do espectro após a dispersão e a diferença na capacidade de desvio que ela representa.
  • Entender o princípio da dispersão do prisma: o mesmo meio tem diferentes índices de refração para luz de diferentes comprimentos de onda.
  • Reconhecer as regiões invisíveis no espectro (região infravermelha e região ultravioleta).

Aplicações Reais

  • Arco-íris: A luz solar entrando em pequenas gotículas de água no ar após a chuva sofre refração, reflexão e refração novamente, resultando em fenômenos de dispersão.
  • Análise Espectral: Os cientistas podem determinar os elementos constituintes de estrelas distantes analisando o espectro que elas emitem.
  • Comunicação por Fibra Óptica: Usando tecnologia de compensação de dispersão para garantir a integridade do sinal em transmissões de longa distância.
  • Identificação de Gemas: O alto valor de dispersão (fogo) dos diamantes é uma razão importante para sua beleza e também pode ser usado para determinação de autenticidade.

Erros Comuns

Erro
O prisma 'tinge' a luz com cor.
Correto
Incorreto. O prisma simplesmente 'classifica' as várias luzes monocromáticas que já existem na luz branca através de diferentes caminhos de refração; ele não produz novas cores.
Erro
O infravermelho é vermelho e o ultravioleta é violeta.
Correto
Incorreto. Tanto o infravermelho quanto o ultravioleta são invisíveis a olho nu. A luz vermelha que geralmente vemos de aquecedores é a luz vermelha visível produzida concomitantemente, não o infravermelho em si.

Leitura Adicional

Pronto para começar?

Agora que você entende o básico, comece o experimento interativo!

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