Existe reflexão total na passagem do ar para a água?

Não. A reflexão total só é possível do meio de maior n para o de menor n. Do ar para a água o raio sempre se refrata para dentro (e reflete em parte); nessa fronteira não há ângulo crítico.

Na reflexão total, toda a energia se reflete?

Em meios ideais transparentes com fronteira lisa — sim, não há raio refratado. Na matéria há absorção e rugosidade; numa boa fibra as perdas na fronteira ainda assim são pequenas.

Como a reflexão total se liga à fibra óptica?

O núcleo de maior n é cercado pela casca de menor n. Os raios que incidem na fronteira acima do ângulo crítico refletem muitas vezes e seguem ao longo da fibra. Nisso se apoia a transmissão do sinal.

Por que o raio refletido já aparece antes do ângulo crítico?

Em qualquer fronteira entre dois meios parte da luz se reflete (fórmulas de Fresnel) e parte se refrata. Até θ_c a reflexão é parcial. Depois de θ_c a refração some e a reflexão torna-se total.

Reflexão total

Ângulo crítico θ_c = arcsin(n₂/n₁); raio saindo do meio mais refringente e analogia com a fibra óptica.

Sobre o modelo

A reflexão total ocorre quando a luz vai de um meio de maior índice n₁ para um de menor n₂ e o ângulo de incidência supera o crítico (ângulo limite) θ_c = arcsin(n₂/n₁). Antes do ângulo crítico há raio refratado e reflexão parcial; depois — não há refratado e, no modelo ideal, toda a energia volta segundo a lei da reflexão. A lei da refração n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂ com θ₂ = 90° é que dá θ_c. A fronteira é plana, os meios sem absorção. Variam-se n₁, n₂ e o ângulo de incidência; no esquema há também um indício do núcleo da fibra, onde a mesma reflexão total prende o raio.

Para quem: 1.º ao 3.º ano do ensino médio e início da graduação: ângulo crítico e reflexão total.

Conceitos-chave

reflexão total
ângulo crítico
ângulo limite
lei da refração
índice de refração
ângulo de incidência
ângulo de refração
meio mais refringente
fibra óptica

Como funciona

A luz sobe do meio de baixo, mais refringente. Enquanto θ_i < θ_c = arcsin(n₂/n₁), há raio refratado; com θ_i > θ_c ele some — reflexão total. Ao lado, no esquema, um indício do núcleo da fibra. Absorção e onda evanescente além da fronteira não entram no cálculo.

Fórmulas principais

n₁ sin θᵢ = n₂ sin θₜ (Snell)

θ_crit = arcsin(n₂/n₁) quando n₁ > n₂

Perguntas frequentes

Existe reflexão total na passagem do ar para a água?: Não. A reflexão total só é possível do meio de maior n para o de menor n. Do ar para a água o raio sempre se refrata para dentro (e reflete em parte); nessa fronteira não há ângulo crítico.
Na reflexão total, toda a energia se reflete?: Em meios ideais transparentes com fronteira lisa — sim, não há raio refratado. Na matéria há absorção e rugosidade; numa boa fibra as perdas na fronteira ainda assim são pequenas.
Como a reflexão total se liga à fibra óptica?: O núcleo de maior n é cercado pela casca de menor n. Os raios que incidem na fronteira acima do ângulo crítico refletem muitas vezes e seguem ao longo da fibra. Nisso se apoia a transmissão do sinal.
Por que o raio refletido já aparece antes do ângulo crítico?: Em qualquer fronteira entre dois meios parte da luz se reflete (fórmulas de Fresnel) e parte se refrata. Até θ_c a reflexão é parcial. Depois de θ_c a refração some e a reflexão torna-se total.

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