Na alma do peixe: Refração e Reflexão

Segundo uma lenda indígena, para a prática da pesca com lança é necessário colocar a ponta da lança dentro d'água. Acredita-se que, para pegar o peixe, é necessário mirar na alma dele; porém, como o peixe está na água, só é possível enxergar sua alma do lado de fora. Portanto, para pescar o peixe é necessário colocar a ponta da lança na água, para poder ver a alma da lança e assim mirar o peixe e conseguir capturá-lo. (Enem, 2017).

Para representarmos o campo de visão do observador ou pescador, adotaremos um raio de luz incidente secundário simplificado, que é a linha orientada em cor laranja.

Quando o raio de luz se propaga de um meio transparente a outro, ocorre à refração. Nesse fenômeno, a velocidade da luz tem seu valor alterado e, se sua incidência for oblíqua, que no caso é o raio incidente do peixe, sua direção e sentido de propagação também se altera. 

Se a observação do pescador fosse sobre o peixe, (perpendicular), a trajetória do raio de incidência permaneceria inalterada. Essa mudança de trajetória, quando o raio é oblíquo, está diretamente relacionada com o índice de refração daquele meio. É com esse índice que nos diz qual será a variação da velocidade da luz e sua trajetória, dependendo como ela é submetida.

Nesse exemplo do simulador Phet, o raio de luz incide (em cor vermelha) o fluido liquefeito da água (cor azul). Note que, ao atravessar a água, o raio muda levemente a sua direção e sentido, por estar oblíqua em um meio diferente do atual. Parte do raio é refletido, chamado de reflexão parcial, e a outra parte o atravessa, chamado de refração parcial. 

Nesse outro exemplo, o raio incidente está perpendicular a superfície da água. Mesmo ocorrendo refração, a sua trajetória não se altera. 

Nesse exemplo também ocorre reflexão do raio de luz. A luz refletida está na mesma direção, só que de sentido contrário. 

No exemplo 1, ao verificar, o raio refletido na superfície especular da água, é de 20º graus, o mesmo do incidente. E o raio que atravessa (refratado) gera um ângulo de 45º graus. Que é ocasionado pelo índice de refração da água, devido a sua obliquidade.

Já no exemplo 2, mesmo os dois fluidos com índices de refração diferentes, a trajetória do raio não a muda, por estarem perpendicular a superfície da água, podemos ver o ângulo de 0º graus.