O efeito observado na Dinâmica 2 não ocorre por reflexão, mas por refração da luz.
A reflexão acontece quando a luz incide sobre uma superfície e retorna ao meio de origem, como ocorre em um espelho. Já a refração ocorre quando a luz atravessa materiais diferentes (como ar, vidro e água). Ao passar de um meio para outro, sua velocidade muda e, consequentemente, sua direção também muda.
No experimento, a luz refletida pela figura percorre o seguinte caminho:
Figura → ar → vidro do copo → água → vidro → ar → olhos do observador.
Cada vez que a luz atravessa uma interface entre materiais com índices de refração diferentes, ela sofre um pequeno desvio. Como o copo é cilíndrico, ele funciona como uma lente convergente horizontal.
Por que a imagem parece inverter?
O formato arredondado do copo faz com que os raios de luz provenientes do lado esquerdo da figura sejam desviados para o lado direito do observador, enquanto os raios do lado direito são desviados para o lado esquerdo. Em outras palavras: a luz que saiu da esquerda cruza para a direita; a luz que saiu da direita cruza para a esquerda.
Depois que esses raios se cruzam, nosso cérebro interpreta a imagem como estando invertida horizontalmente. É exatamente o mesmo princípio utilizado em diversas lentes ópticas.
O formato do copo é fundamental
Se utilizarmos:
– uma placa de vidro plana, praticamente não haverá inversão;
– um copo quadrado, o efeito será muito menor;
– um copo cilíndrico transparente, o efeito será bastante evidente.
Isso acontece porque a curvatura do vidro faz o conjunto funcionar como uma lente.
A água é indispensável?
Nem sempre. O vidro já possui índice de refração maior que o ar e pode produzir algum efeito. Entretanto, ao preencher o copo com água:
– aumenta-se o índice óptico do conjunto;
– melhora-se a convergência da luz;
– a inversão torna-se muito mais perceptível.
Curiosidade interessante
A imagem não “vira”. Nenhum objeto se move. A única coisa que muda é o caminho percorrido pela luz. Esse experimento é uma demonstração prática da Lei de Snell-Descartes, que descreve matematicamente a refração da luz. Embora a fórmula não seja necessária para a aula, ela explica por que a luz muda de direção ao passar entre materiais com índices de refração diferentes. Esse mesmo princípio permite o funcionamento de praticamente todos os instrumentos ópticos modernos, desde uma simples lupa até câmeras profissionais, microscópios e telescópios espaciais.