4 Que propriedade(s) física(s) se conserva(m) na reflexão ou na refração da luz por uma interface?

Passo 1

O enunciado pergunta quais quantidades físicas são preservadas quando uma onda luminosa incide numa interface entre dois meios e sofre reflexão ou refração. O conteúdo envolve as condições de contorno em campos eletromagnéticos e os princípios de conservação de energia e momento por onda.

Passo 2

Para começar, lembramos que as equações de Maxwell impõem continuidade na fase da onda ao longo da fronteira. Essa condição de contorno espacial garante que a componente tangencial do vetor de onda k seja a mesma nos três feixes (incidente, refletido e refratado). Em outras palavras,
$$
k_{\parallel}^{,inc} = k_{\parallel}^{,ref} = k_{\parallel}^{,trans}$$
Isso equivale à conservação da componente do momento linear da luz paralela à interface.

Passo 3

Por outro lado, a condição de contorno temporal exige que o campo vire contínuo no tempo, ou seja, não pode mudar de frequência ao atravessar a interface. Isso nos leva à conservação da frequência omega (ou, para fótons, da energia E=hbaromega). Assim,
$$
\omega^{,inc} = \omega^{,ref} = \omega^{,trans}$$
São essas duas conservações — da frequência (energia) e da componente tangencial do momento linear — que dão origem, respectivamente, à igualdade de frequência e à Lei de Snell (ou Lei da Reflexão).

Resposta

Conserva-se a frequência da onda (logo a energia de cada fóton) e a componente tangencial do momento linear (ou seja, do vetor de onda) na reflexão e na refração.

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