Refração da Luz

Refração: A "flexão" da luz na interface de dois materiais de diferentes índices de refração. É responsável pela ação de focalização das lentes. Em relogismo, o uso feito da refração, em mostradores que usam líquido transparente em um copo sólido, para comprimir as linhas horárias ou que usam uma lente cilíndrica para focalizar a luz solar sobre a placa do mostrador curvada. A refração atmosférica (devido à curva da superfície da Terra e à variação da densidade atmosférica com a altura, por sua vez, dependente das condições meteorológicas) é o efeito que faz com que o Sol (ou outro corpo celeste) pareça um pouco mais alto no céu do que sua verdadeira posição astronômica. Só é significativo, quando o Sol está a poucos graus do horizonte. A 0° de altitude, a flexão é equivalente a cerca de 34 minutos de arco, de modo que é possível ver o Sol quando ele realmente se deita, abaixo do horizonte. Este efeito não é considerado a ponto de ser incluído, na prática, em relógios de sol.

Índice de Refração (µ, MU): de um meio (ou seu índice de refração) é definido como a relação entre a velocidade da luz no vácuo e sua velocidade no meio.

A refração do Sol pode ser calculada, usando a seguinte equação:

R_o = 1 / tan [a + 7.31 / (a + 4.4)]

onde "a" é a altitude do Sol. R_o é a refração em minutos de arco para uma temperatura de 10°C e uma pressão atmosférica de 1010 millibars (mb).
Noutras condições, um fator de multiplicação 0.28P/T é necessário, onde P é a pressão em mb e T é a temperatura em graus Kelvin (= temperatura em °C + 273).

A Tabela 1 mostra como a refração do Sol varia com sua altitude.

Existem alguns relógios de sol que são submersos em um líquido; água, por exemplo, para comprimir as linhas horárias. Eles são chamados de relógios de sol de refração. Estes relógios de sol usam a propriedade refrativa do líquido para dobrar os raios da luz solar, quando estes entram no líquido. Para ver este efeito, segure uma colher verticalmente em um copo de água. Mova a colher para longe da posição vertical, olhe para ela do topo e também através do lado do copo de vidro. Perceubeu ?

Refração é a flexão da luz que ocorre em um limite entre dois meios, com diferentes índices de refração. O limite está onde um meio encontra-se com o outro meio. Refração é devido a uma mudança na velocidade da luz que passa de um meio para o outro. A Figura 1 ilustra este conceito.

Figura 1: Refração da Luz (CAD)

Os ângulos de incidência e refração são medidos, em relação a uma linha perpendicular à fronteira entre os meios, são chamados de normais. Os meios que a luz atravessa de e para são transparentes. A luz se dobrará com base em uma relação chamada Lei de Snell.

µ_i sin(A_i) = µ_r sin(A_r)

µ_i é o índice de refração do meio de onde a luz está saindo.
A_i é o ângulo de incidência entre o raio incidente e o normal.
µ_r é o índice de refração do meio por onde a luz está entrando.
A_r é o ângulo de refração entre o raio refratado e o normal.

Os raios incidentes e refratados estão em lados opostos do normal, no ponto de incidência. O raio incidente, o normal e o raio refratado são coplanares. À medida que a luz desacelera, ela se dobrará em direção à linha normal e, à medida que ela se acelera, ela se dobrará.

O índice absoluto de refração para um determinado meio é definido como: µ = c / v onde c é a velocidade da luz no vácuo e v é a velocidade da luz no meio. O índice de refração do vácuo é igual a 1.

Vamos examinar um relógio de sol de refração, onde a luz solar passa do ar para a água. O índice de refração do ar é de 1,0002926 e o da água (a 20°C) é 1,33335. A Figura 2 ilustra o que acontece quando a luz passa para a água, com uma mudança no ângulo de incidência. No ângulo crítico, neste caso 48,609°, o ângulo de refração torna-se de ± 90°. A luz não é mais transmitida para a água, mas é totalmente refletida.

Figura 2: Refração da Luz - Ar para Água

A Figura 3 ilustra um relógio de sol Horizontal, que foi submerso na água e os efeitos da refração nas linhas horárias.

Figura 3: Relógio de sol Horizontal Sub-aquático (ZW2000/CAD)

Existem outros relógios de sol, como o (de) Janela, o (de) Reflexão (no teto) e os (de) Vitrais, que podem ser afetados pela refração do vidro. O relógio de sol de vidro de Vitral é afetado, somente se for colocado atrás de uma janela de vidro desobstruída, feita geralmente para protege-lo. A janela e mostradores de reflexo exigem que os raios do Sol passem pela janela.
A página "Relógio de sol (de) Janela" discute como a luz solar o afeta, quando ela passa através do vidro.