Cabeça separada do corpo na piscina! Como acontece?
17 de dezembro, 2020 às 13:36 | Postado em Óptica, Óptica geométrica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Professor Lang
Um aluno me perguntou qual seria a razão para o inesperado efeito que se vê no vídeo seguinte: Piscina. Será que o vídeo não é uma montagem? Se o efeito é real, como se explica? Agradeço antecipadamente sua resposta.
O efeito é real e pode ser reproduzido em pequena escala em sala de aula conforme demonstrado adiante.
A Figura 1 foi obtida da captura de algumas imagens do vídeo.
A Figura 2 apresenta uma representação simplificada da vista de topo da piscina. O objeto (a banhista) tem uma parte acima do nível da água e outra abaixo dele. A luz proveniente da parte superior do objeto atinge a câmera de vídeo viajando apenas no ar e portanto em linha reta (raio luminoso indicado em marrom). A luz que vem da parte submersa do objeto (raio luminoso indicado em vermelho) é refratada quando passa de dentro da piscina para fora pois passa de um meio mais refrativo (com índice de refração maior do que um) para o ar que tem índice de refração muito aproximadamente igual à unidade. A luz é refratada segundo um ângulo maior com a normal à parede da piscina do que o ângulo de incidência interno à piscina. Tal refração determina uma imagem virtual da parte submersa do corpo da banhista, deslocada em relação ao objeto. Ou seja, para a câmera de vídeo existem dois objetos, um totalmente no ar e o outro imerso, isto é, a imagem virtual da parte do corpo da banhista dentro da água é um objeto real para a câmera. A diferença de posição entre o objeto acima do nível da água e a sua imagem virtual dentro da piscina diminui conforme a banhista se aproxima da parede da piscina.
O “efeito inesperado” pode ser reproduzido facilmente em pequena escala com um recipiente “retangular” transparente com água conforme as fotos da Figura 3 documentam. Na água foi colocada uma “garrafa miniatura de licor” afastada da parede lateral onde ocorre a refração conforme se observa na fotografia superior. A fotografia inferior foi feita posicionando a câmera no nível da água como no vídeo.
Tanto no vídeo quanto na Figura 3 podem ser observados outros efeitos ópticos relacionados com a refração. Mas os deixarei para outra postagem esperando que algum dos leitores os indiquem aqui abaixo nos comentários.
A postagem seguinte trata de tema correlato: Posição aparente do corpo submerso
“Docendo discimus.” (Sêneca)
Outra observação interessante: o maiô preto torna-se vermelho quando a moça chega à borda. É um pouco surpreendente que isso aconteça apenas quando ela já está bem próxima do vidro. Talvez haja algum produto quimico na água da piscina que a torne mais azul acentuando a atenuação do vermelho.
Professor Lang
Parabéns pela postagem que como tantas outras é muito informativa e de fácil entendimento.
Um fenômeno de refração que consigo discernir na foto superior da Figura 3 diz respeito à “profundidade aparente” da água no recipiente. A extensão da garrafa vermelha abaixo da água parece ser bem menor do que é de fato.
Tenho uma dúvida relativa ao diagrama da Figura 2. Nele foi ignorado efeitos de refração da luz na passagem da água para o vidro e depois na passagem do vidro para o ar. Se queremos calcular a mudança de direção que a luz apresenta ao passar de dentro da piscina para fora, temos que considerar o vidro? Eu penso que devemos pois o vidro tem índice de refração maior do que o da água e algum efeito ele deve produzir.
Olá Beto!
O efeito causado pelo vidro nesse contexto é desprezível. Trata-se da refeação através de uma lâmina de faces paralelas. Esse fenômeno provoca um deslocamento lateral dos raios luminosos, sem alterar a sua direção (ou seia, o ângulo de inclinação do raio de luz). Isso ocorre porque a mudança de direção ocorrida na refração de entrada no vidro é compensada pela mudança na direção na refração de saída do vidro, uma vez que as duas faces são paralelas (o mesmo efeito não ocorre em um prisma, por exemplo, que não tem faces paralelas!).
Só para ilustrar nelhor, veja esse material aqui:
https://www.google.com/amp/s/m.brasilescola.uol.com.br/amp/fisica/lamina-faces-paralelas.htm
Repare que tem até uma equção que permite calcular o deslocamento lateral do raio de luz em função da espessura do vidro. Ocorre que, na siruação da piscina que estamos analisando, a espessura do vidro e, consequentemente, o deslocamento lateral de um raio de luz, são desprezíveis (alguns centímetros, talvez) quando comparados com a distância do objeto até o vidro e do vidro até o observador (da ordem de metros ou dezenas de metros, provavelmente).
Espero ter ajudado!
Prof. Marcos Rabelo – IFB campus Recanto das Emas
O efeito do deslocamento lateral é perceptível na cabeça da mulher acima da água. Parte da cabeça, acima da água, se encontra atrás da parede de vidro da piscina.