Gota de chuva forma arco-íris

A aparência do arco-íris é causada pela dispersão da luz do Sol, a qual sofre refração pelas gotas de chuva. A luz sofre uma refração inicial quando penetra na superfície da gota de chuva; dentro da gota ela é refletida e sofre nova refração ao sair da gota. 


Com o intuito de explicar o fenômeno, um aluno desenhou as possibilidades de caminhos óticos de um feixe de luz monocromática em uma gota d’água, de forma esférica e de centro geométrico O, representados nas figuras A, B, C, D e E. 






Admitindo-se que o índice de refração do ar (nar) seja menor que o índice de refração da água (nágua), assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 


01. A velocidade da luz no ar é maior do que na água. 
02. A e D são caminhos óticos aceitáveis.
04. B e C são caminhos óticos aceitáveis. 
08. D e E são caminhos óticos aceitáveis.
16. A e C são caminhos óticos aceitáveis. 
32. B e E são caminhos óticos aceitáveis. 


Gabarito: 37 (01 + 04 + 32) 


A D e a E eu concordo que estejam corretas, mas por que a B? Onde há reflexão nela?

A D não é correta, pois na segunda vez não há nem reflexão, nem desvio.
Para não ocorrer desvio, é necessário que haja incidência normal, no caso da C.
O correto é B e E.

Mas um caminho possível é o caminho. Ampliando a imagem B obtemos:

Os veermelhos são as linhas normais.
Quando a luz entra na gota, ela passa de um meio menos refringente para um mais refringente. Isso faz com que o raio aproxime-se da normal, e então desça.
Na segunda refração, temos que passa de um meio mais refringente para um menos refringente. Isso faz com que o raio afaste-se da normal, e então desca. Para aproximar da normal deveria subir.

Ora, mas porque ocorre refração e não reflexão?
Para haver reflexão, é necessário que o ângulo limite seja atingido, isto é:

O ângulo limite é dado por:

Ou seja, para o raio refletir é necessário que

Mas se isso não ocorre, ele refrata, que é o caminho mostrado em B)

Ahh entendi, muito obrigada!