Física · 9.ª–12.ª classe

O que é a lei da reflexão?

  • 10 min de leitura
  • 4 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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Resposta curta

A lei da reflexão diz que, quando um raio de luz incide numa superfície refletora, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão e que o raio incidente, o raio refletido e a normal à superfície estão no mesmo plano. Os ângulos medem-se sempre em relação à normal, nunca em relação à superfície.

Definição e características

A reflexão é o fenómeno em que a luz, ao chegar à fronteira entre dois meios, volta para o meio de onde veio. A lei da reflexão descreve como isso acontece e tem duas partes:

  1. Primeira lei: o raio incidente, o raio refletido e a normal ao ponto de incidência pertencem ao mesmo plano.
  2. Segunda lei: o ângulo de reflexão (r) é igual ao ângulo de incidência (i), isto é, r = i.

Terminologia essencial

TermoSignificado
Raio incidenteraio de luz que chega à superfície
Raio refletidoraio que sai da superfície depois da reflexão
Ponto de incidênciaponto onde o raio incidente toca a superfície
Normalreta perpendicular à superfície, no ponto de incidência
Ângulo de incidência (i)ângulo entre o raio incidente e a normal
Ângulo de reflexão (r)ângulo entre o raio refletido e a normal

Lei da reflexão

r = i (raio incidente, normal e raio refletido no mesmo plano)

Reflexão especular e reflexão difusa

  • Reflexão especular: acontece em superfícies muito lisas (espelho, água parada, metal polido). Um feixe de raios paralelos sai ainda paralelo, e forma-se imagem nítida.
  • Reflexão difusa: acontece em superfícies rugosas (papel, parede, pano, estrada de terra). Cada raio obedece à lei da reflexão, mas, como as normais apontam em direções diferentes, os raios saem em todas as direções.

A reflexão difusa explica porque conseguimos ver uma folha de papel de qualquer ponto da sala. Se a folha só tivesse reflexão especular, só a veríamos de uma posição.

Exemplos do quotidiano

  • O espelho do quarto ou do salão de cabeleireiro: a superfície lisa devolve a luz de forma ordenada e vemos a nossa imagem.
  • O lago ou a lagoa em dia sem vento: a água calma funciona como espelho e reflete o céu e as árvores.
  • O retrovisor de um candongueiro ou de um carro: o motorista vê o que vem atrás porque a luz é refletida no espelho.
  • O quadro da sala de aula: a luz da janela reflete-se no quadro e, de certos lugares, ofusca a escrita.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Calcular o raio refletido

Enunciado: Um raio de luz incide num espelho plano com ângulo de incidência de 40°. Indique o ângulo de reflexão e o ângulo entre o raio incidente e o raio refletido.

Resolução:

  1. Pela lei da reflexão, r = i = 40°.
  2. O ângulo entre os dois raios é a soma i + r = 40° + 40° = 80°.

Resposta: r = 40° e o ângulo entre os raios é 80°. Verificação: o raio incidente e o refletido ficam simétricos em relação à normal.

Exemplo 2 — Ângulo dado em relação à superfície

Enunciado: Um raio faz 25° com a superfície do espelho. Determine o ângulo de incidência, o ângulo de reflexão e o desvio total entre o raio incidente e o refletido.

Resolução:

  1. A normal faz 90° com a superfície. Logo, o ângulo com a normal é i = 90° − 25° = 65°.
  2. r = i = 65°.
  3. O ângulo entre os raios incidente e refletido é 65° + 65° = 130°.

Resposta: i = r = 65°; ângulo entre os raios = 130°. Verificação: o raio refletido também faz 25° com a superfície (90° − 65° = 25°).

Exemplo 3 — Rodar o espelho

Enunciado: Um raio incide num espelho plano com i = 30°. O espelho roda 10° em torno do ponto de incidência, mantendo-se o raio incidente. De quanto roda o raio refletido?

Resolução:

  1. Antes: i = 30°, ângulo entre os raios = 2 × 30° = 60°.
  2. Ao rodar o espelho, a normal também roda 10°; o novo ângulo de incidência é i = 30° + 10° = 40° (se a rotação aumentar i).
  3. Depois: ângulo entre os raios = 2 × 40° = 80°.
  4. Variação: 80° − 60° = 20°.

Resposta: o raio refletido roda 20°, o dobro do ângulo de rotação do espelho. Verificação: 2 × 10° = 20°.

Exemplo 4 — Nível de exame: dois espelhos perpendiculares

Enunciado: Dois espelhos planos formam um ângulo de 90°. Um raio incide no primeiro com ângulo de incidência de 35° e, depois de refletido, atinge o segundo. Determine o ângulo de incidência no segundo espelho e o desvio total.

Resolução:

  1. No primeiro espelho: i1 = 35°, logo o raio refletido faz 90° − 35° = 55° com a superfície desse espelho.
  2. Os dois espelhos e o raio entre eles formam um triângulo. Os ângulos de um triângulo somam 180°: o ângulo junto ao segundo espelho é 180° − 90° − 55° = 35°.
  3. Esse raio faz 35° com a superfície do segundo espelho, portanto i2 = 90° − 35° = 55°.
  4. Desvio total = 2 × i1 + 2 × i2 = 70° + 110° = 180°.

Resposta: i2 = 55° e o desvio total é 180°: o raio sai paralelo ao incidente, em sentido oposto. Verificação: i1 + i2 = 35° + 55° = 90°, qualquer que seja i1.

Importância e aplicações

A lei da reflexão está por trás dos espelhos planos, dos retrovisores, dos periscópios, dos espelhos dos telescópios e das fibras óticas (onde a luz se reflete repetidamente no interior da fibra). Também explica como vemos a Lua e os planetas: não têm luz própria, refletem a luz do Sol.

Imagem num espelho plano

Num espelho plano a imagem é virtual, direita, do mesmo tamanho do objeto e está à mesma distância do espelho, mas do lado oposto. Se está a 1,5 m do espelho, a sua imagem parece estar a 1,5 m atrás dele, ou seja, a 3,0 m de si.

Erros frequentes

  • Medir os ângulos em relação à superfície em vez da normal. Se o enunciado der o ângulo com o espelho, converta: i = 90° − ângulo dado.
  • Dizer que o ângulo entre os raios é igual a i. É 2i (soma do ângulo de incidência com o de reflexão).
  • Pensar que só os espelhos refletem. Toda a superfície reflete; nas rugosas a reflexão é difusa, mas a lei continua válida em cada ponto.
  • Confundir reflexão com refração. Na reflexão, a luz volta para trás; na refração, atravessa a fronteira e muda de direção.
  • Achar que a imagem num espelho plano está na superfície do espelho. Está atrás dele, à mesma distância do objeto.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Um raio incide num espelho com ângulo de incidência de 50°. Determine o ângulo de reflexão e o ângulo entre o raio incidente e o refletido.

Ver solução

r = i = 50°. Ângulo entre os raios = 50° + 50° = 100°.

2Exercício 2

Um raio faz um ângulo de 15° com a superfície de um espelho. Determine o ângulo de incidência e o ângulo entre o raio incidente e o raio refletido.

Ver dica

O ângulo de incidência mede-se com a normal.

Ver solução

i = 90° − 15° = 75°. O raio refletido tem r = 75°; ângulo entre os raios = 75° + 75° = 150°.

3Exercício 3

Está a 1,5 m de um espelho plano. Qual é a distância entre si e a sua imagem? E se der 0,5 m de passo em direção ao espelho?

Ver solução

A imagem está à mesma distância atrás do espelho: 1,5 m + 1,5 m = 3,0 m. Depois de avançar 0,5 m, fica a 1,0 m do espelho; a imagem está a 1,0 m atrás dele, e a distância entre ambos é 1,0 + 1,0 = 2,0 m.

4Exercício 4

Um raio incide num espelho plano. Se o espelho rodar 15° em torno do ponto de incidência, de quanto roda o raio refletido (com o raio incidente fixo)?

Ver solução

O raio refletido roda o dobro do ângulo de rotação do espelho: 2 × 15° = 30°.

5Exercício 5

O ângulo entre o raio incidente e o raio refletido é de 90°. Qual é o ângulo de incidência? E se esse ângulo fosse de 120°?

Ver dica

O ângulo entre os raios é 2i.

Ver solução

Com 90°: 2i = 90° e i = 45°. Com 120°: 2i = 120° e i = 60°.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre a lei da reflexão e a lei da refração?

A lei da reflexão (r = i) descreve a luz que volta para o mesmo meio. A lei da refração (lei de Snell-Descartes) descreve a luz que passa para outro meio e muda de direção, porque a sua velocidade muda.

Onde se aplica a lei da reflexão na prática?

Em espelhos planos, retrovisores, periscópios, antenas parabólicas e na sinalização refletora das estradas. Em todos, a direção da luz (ou da onda) refletida é prevista pela lei r = i.

A lei da reflexão vale para o som?

Sim, as ondas sonoras também obedecem à mesma lei, e é por isso que há eco quando o som é refletido numa parede ou numa montanha. A reflexão do som é estudada com a mesma relação entre ângulos.

Que erros os estudantes cometem sobre a lei da reflexão?

O mais comum é medir os ângulos com a superfície e não com a normal. Outro é achar que o desvio do raio é i, quando é 2i. Veja a secção «Erros frequentes».

Resumo

  • Lei da reflexão: r = i, com os ângulos medidos em relação à normal.
  • O raio incidente, o raio refletido e a normal estão no mesmo plano.
  • A reflexão especular acontece em superfícies lisas; a difusa, em superfícies rugosas.
  • O ângulo entre o raio incidente e o refletido é 2i.
  • Num espelho plano a imagem é virtual, direita, igual ao objeto e simétrica em relação ao espelho.

Onde aprofundar

  • O manual de Física da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola), na secção de Ótica; confirme a edição em vigor.
  • O manual aberto OpenStax Physics (em inglês), capítulo sobre a natureza da luz e a reflexão.
  • O Sistema Internacional de Unidades, descrito pelo BIPM.

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