Reflexão total e tensão superficial.

1 de dezembro, 2019 às 19:33 | Postado em Ondas eletromagnéticas, Óptica

Por favor, poderiam me responder se a tensão superficial afeta o ângulo de reflexão total? Em caso positivo, como se explica conceitualmente esse efeito?

A fim de responder sobre o efeito da tensão superficial sobre propriedades de reflexão de líquidos é necessário discutir a origem da reflexão em interfaces e a relação com as propriedades dessa região de transição.

Conforme descrito já em postagem anterior (Óptica: dúvida sobre a dispersão da luz), o índice de refração de um meio para uma onda luminosa de frequência determinada é definido pela razão entre as velocidades (de fase) desta onda no vácuo e nesse meio.

Tal definição permite, assim, associar a esta quantidade a propagação da luz no meio.

Quando essa onda incide sobre uma interface entre dois meios, o mesmo modelo utilizado para a descrição da origem do índice de refração dos meios permite discutir a reflexão e a refração.

Grande parte desses fenômenos é descrito com grande precisão através de um modelo que considera uma fronteira bem definida entre dois meios e seus respectivos índices, uma vez que o período de oscilação das ondas é o mesmo nas duas regiões da fronteira, resultando na mesma frequência de propagação destas ondas.

As direções de propagação e amplitudes das ondas propagadas foram assim determinadas por H. Lorentz já em 1875.

Entretanto, observando detalhes de vários desses fenômenos, pequenos desvios das previsões teóricas são frequentemente observados.

Um exemplo refere-se ao ângulo de Brewster, que prevê a extinção da reflexão da componente de polarização paralela ao plano de incidência da luz para o ângulo definido apenas pela razão entre os índices de refração dos dois meios.

Porém, é observada uma pequena fração refletida que tem origem na região da interface denominada de camada de transição, que não corresponde mais a uma transição abrupta.

Além disso, a quebra de simetria entre as duas regiões espaciais marca a existência de um comportamento distinto de resposta à onda incidente entre as cargas na superfície e aquelas internas ao material.

As camadas interfaciais podem ser compostas por filmes finos depositados (líquidos ou sólidos), moléculas adsorvidas, óxidos formados , etc. e mesmo em interfaces consideradas limpas e puras, a presença de um alinhamento de moléculas nesta região configura uma região de transição.

Como as amplitudes e direções das ondas refletidas e refratadas são definidas pelos campos gerados nessa região, o modelo torna-se mais complexo.

Os modelos microscópicos utilizados para descrever tal comportamento de interfaces novamente recorrem ao comportamento das cargas elétricas quando os campos eletromagnéticos da luz incidem sobre estas.

Um conjunto de novas considerações deve ser feito não somente sobre a anisotropia da distribuição das moléculas e respectivas orientações espaciais, mas também sobre a exata solução, agora complexa, dos campos gerados a partir do campo eletromagnético percebido por cada molécula desta região.

Sendo assim, apesar de corresponder a um pequeno desvio, a interação levando à coesão de moléculas na superfície da água, responsável pela tensão superficial, modifica a estrutura local da água e, assim, define um comportamento distinto daquele previsto apenas pelo índice de refração da região dentro do volume do meio.

A modificação da tensão superficial por outros parâmetros físicos ou químicos, leva também à correspondente variação deste comportamento tanto no volume quanto na interface, e.g., ao realizar misturas com outros líquidos.