Reflexão total e refração: veja os efeitos da Luz nas Fibras Ópticas

por **Admin** Dom Set 26, 2021 11:52 pm

Para o fluxo de dados é preciso acoplar um laser que faz a luz viajar através das fibras ópticas. Para você entender como a luz viaja nas fibras é preciso compreender a reflexão total:

O comportamento da luz é um clássico da Física. Com a chegada das fibras óticas o conhecimento e as aplicações dos fenômenos de Reflexão Total, e de Refração tiveram que avançar. Fibra óptica talvez não seja um termo estranho, pois ouvimos muito falar nela. Mas será que seria um tema comum mesmo? Você sabe por que utilizar as fibras ópticas e para que servem?

Reflexão Total e Refração

Entenda como funcionam as fibras ópticas e a sua relação com o fenômeno da reflexão total. Aprenda Física com o Blog do Enem para gabaritar o Enem e os vestibulares.

Atualmente consegue-se acessar a internet banda larga a uma velocidade altíssima devido ao aumento da capacidade dos sistemas de telecomunicações. E, isso de deve especificamente ao uso da fibra óptica – que melhora a taxa de transmissão de dados.
Para que estes dados sejam transmitidos é acoplado um laser que transmite nas fibras ópticas fazendo com que a luz viaje através das fibras. Para entender como a luz viaja através delas precisamos entender o que é a reflexão total.

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Para começar, precisamos lembrar que quando a luz troca de meio (do ar para a água, por exemplo) ao se propagar temos o fenômeno da refração, onde ocorre uma mudança na velocidade com a qual a luz se propaga.

A Propagação da Luz

Veja com o professor Márcio Rosseto, do canal Curso Enem Gratuito, um resumo esperto para você compreender esta matéria e mandar bem nas provas

Isso faz com que tenhamos certa distorção na imagem que visualizamos. Dependendo do material, a luz sofrerá maior ou menor alteração da sua velocidade de propagação.
Assim, concluímos que cada material possui seu índice de refração – que seria a maneira como determinado corpo deixa passar a luz através dele.
Agora que já recapitulamos a refração, veja a seguir o desenho de uma fibra óptica e de como a luz interage com ela: Reflexão total e refração: veja os efeitos da Luz nas Fibras Ópticas 2-9

Reflexão total e refração: veja os efeitos da Luz nas Fibras Ópticas 2-9

Como você já deve ter ouvido falar, nos cabos de fibra óptica os sinais luminosos são transmitidos ao longo de determinadas distâncias com informações (a serem transmitidas e recebidas) por um receptor óptico que decodifica estes sinais.
A viagem destes sinais luminosos é feita através da reflexão total que acontece dentro da fibra. O índice de refração dentro da fibra é maior do que o índice de refração da sua casca e quando isso acontece podem ocorrer dois fenômenos físicos: refração de uma parte dos raios e reflexão.

Veja a Reflexão Total

Quando atinge um determinado ângulo limite estes raios não mais se refratam e passam a fazer uma reflexão total no interior desta fibra.

Veja no esquema a seguir: Reflexão total e refração: veja os efeitos da Luz nas Fibras Ópticas 3-11

Reflexão total e refração: veja os efeitos da Luz nas Fibras Ópticas 3-11

As condições que se seguem para a figura são as seguintes:

O índice de refração do meio 1 é maior que o do meio 2.
O ângulo limite é de 90º.
Para que haja reflexão total o ângulo de incidência deve ser maior que o ângulo limite.

Os tipos de uso para a Fibra Óptica

Existem ainda outras aplicações para a fibra óptica – como a sua utilização em endoscópios, telescópios, artigos de decoração, brinquedos e outras mais. Reflexão total e refração: veja os efeitos da Luz nas Fibras Ópticas 4-5

Reflexão total e refração: veja os efeitos da Luz nas Fibras Ópticas 4-5

Imagem de um Endoscópio
As fibras ópticas também apresentam muitas vantagens em relação aos cabos condutores de eletricidade como:

Alta taxa de transmissão de dados;
É bastante leve;
Imunidade a interferências magnéticas.

Por fim podemos afirmar que a fibra óptica é um dos avanços da tecnologia indispensáveis hoje perante a necessidade atual de acesso a internet com qualidade. Fique atento para os próximos posts e bons estudos.

Dica: veja um resumo completo sobre a refração e reflexão total.

Exercícios sobre Reflexão Total e Refração

1- (UECE) Uma escova de dentes tem seu cabo feito de plástico azul, no qual estão presas cerdas de nylon incolor. As pontas das cerdas parecem azuis quando a escova é iluminada com a luz do dia. O fenômeno ótico responsável principal por essa coloração azul nas pontas das cerdas é denominado

a) interferência construtiva.
b) reflexão total.
c) difração.
d) interferência destrutiva.

2- (ENEM) Será que uma miragem ajudou a afundar o Titanic? O fenômeno ótico conhecido como Fata Morgana pode fazer com que uma falsa parede de água apareça sobre o horizonte molhado. Quando as condições são favoráveis, a luzrefletida pela água fria pode ser desviada por uma camada incomum de ar quente acima, chegando até o observador, vinda de muitos ângulos diferentes. De acordo com estudos de pesquisadores da Universidade de San Diego, uma Fata Morgana pode ter obscurecido os icebergs da visão da tripulação que estava a bordo do
Titanic. Dessa forma, a certa distância, o horizonte verdadeiro fica encoberto por uma névoa escurecida, que se parece muito com águas calmas no escuro. Disponível em: http://apod.nasa.gov. Acesso em: 6 set. 2012 (adaptado).

O fenômeno ótico que, segundo os pesquisadores, provoca a Fata Morgana é a
a) ressonância.
b) refração.
c) difração.
d) reflexão.
e) difusão.

3- (UFSM) Antes do seu emprego nas comunicações, as fibras óticas já vinham sendo usadas para a iluminação e inspeção das cavidades do corpo humano, o que possibilitou o desenvolvimento de técnicas diagnósticas como a endoscopia. O fenômeno físico que permite guiar a luz, através de um feixe de fibras flexíveis, por um caminho curvo é a reflexão interna total. Para que esse fenômeno ocorra,
I. A luz deve incidir a partir de um meio de índice de refração mais alto sobre a interface com um meio de índice de refração mais baixo.
II. O ângulo de incidência da luz sobre a interface de separação entre dois meios deve ser tal que o ângulo de refração seja de, no mínimo,
III. A interface de separação entre os meios interno e externo deve ser revestida com um filme refletor.

Está(ão) correta(s)
a) apenas I.
b) apenas III.
c) apenas I e II.
d) apenas II e III.
e) I, II e III.

4- (COL.NAVAL) Observe a figura a seguir.
Reflexão total e refração: veja os efeitos da Luz nas Fibras Ópticas 55

Uma das maiores revoluções ocorridas nas últimas décadas foi o uso de cabos de fibra óptica para o tráfego de dados (voz, imagem, som, …) através das redes de telecomunicação.
O maior desses cabos, atualmente, é o SeaMewe 3 que sai da Alemanha e chega até a Coreia do Sul, passando por 32 países, num total de de comprimento. Considerando a trajetória da luz pela fibra óptica (ver figura) e que o tempo médio de transmissão de dados entre a Alemanha e a Coreia do Sul seja de, aproximadamente, pode-se afirmar que na fibra óptica ocorre o fenômeno da

a) dispersão e a luz tem velocidade de
b) reflexão e a luz tem velocidade de
c) refração e a luz tem velocidade de
d) reflexão e a luz tem velocidade de
e) refração e a luz tem velocidade de

Gabarito

1. [B] 2. [D] 3. [C] 4. [B]

Acertou todas? Ainda não? Então é hora de revisar aqui no resumo completo sobre a refração e reflexão total.
Os textos e exemplos acima sobre Reflexão Total e Refração foram preparados pelo professor John Rodnei para o Blog do Enem. John é graduando em Física pela Universidade Federal de Santa Catarina. Dá aulas de Ciências e Física em escolas e cursos pré-vestibulares da Grande Florianópolis desde 2012. Facebook: https://www.facebook.com/john.rodnei/

Boa Leitura.

Reflexão total e refração: veja os efeitos da Luz nas Fibras Ópticas Ong_cp11