Um observador na margem de um grande lago e de frente para o oeste está observando o início do pôr-do-sol. A água está muito plana, exceto por algumas áreas com pequenas ondulações. O observador nota que algumas áreas da água parecem azuis e outras parecem cor-de-rosa. Por que a água parece ter cores diferentes em áreas diferentes?

Passo 1

O enunciado descreve um observador diante de um lago quase calmo, olhando para o oeste no início do pôr-do-sol, que vê algumas áreas da água com tonalidade azul e outras com tonalidade cor-de-rosa. O conteúdo necessário aqui é óptica geométrica (reflexão especular) e dispersão atmosférica (espalhamento de Rayleigh) para entender por que a água reflete cores diferentes conforme a orientação das pequenas ondulações da superfície.

Passo 2

Cada pequena ondulação na água funciona como um miniespelho plano, obedecendo à lei da reflexão especular, que diz que o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão:
\theta_i = \theta_r.
Ou seja, o observador só “vê” luz que vem do céu numa direção tal que, refletida naquele ponto da água, alcance seus olhos.

Passo 3

No pôr-do-sol, o céu próximo ao horizonte oeste (onde o Sol está se pondo) tem cores avermelhadas ou cor-de-rosa, porque a luz solar atravessa uma camada mais espessa de atmosfera e sofre forte espalhamento de comprimentos de onda curtos, deixando as cores mais longas (vermelho e laranja). Já o céu mais alto ou longe do Sol ainda conserva a coloração azul típica, por causa do espalhamento de Rayleigh que dispersa preferencialmente a luz azul em todas as direções.

Passo 4

Dependendo da inclinação de cada faceta da água, ela reflete ao observador ora a região do céu colorida de azul (quando o facetamento “aponta” para o azul mais alto do céu), ora a região cor-de-rosa próxima ao Sol (quando “aponta” para o horizonte oeste). Como a superfície não é perfeitamente plana, há muitas direções de reflexão, gerando manchas azuis e rosadas na vista.

Resposta

A água parece ter cores diferentes em áreas distintas porque cada pequena ondulação reflete de modo especular diferentes partes do céu: superfícies que refletem o azul do céu alto aparecem azuis, e as que refletem o horizonte avermelhado do pôr-do-sol aparecem cor-de-rosa.

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