Como se formam as miragens

Refração:

A palavra miragem vem da palavra francesa "mirage", que significa ser refletido. As miragens que constantemente aparecem em histórias em quadrinhos não são uma alucinação do personagem, como pensam muitas pessoas. Uma miragem é um efeito ótico real que ocorre na atmosfera e que pode inclusive ser fotografado.

A miragem mais comum em nosso clima talvez seja a de um veículo que aparece como que refletido no asfalto de uma estrada, dando a nítida impressão de que o solo está molhado e que o veículo foi refletido por uma poça d'água. Esse tipo de miragem, criada por um maior aquecimento das camadas de ar próximas do solo do que o aquecimento das camadas de ar mais afastadas, é também comum em desertos e, talvez, uma das mais exploradas em histórias em quadrinhos.

O fenômeno físico que explica essa miragem, assim como muitas outras, é a refração. Quando um feixe de luz passa de um meio mais refringente para um menos refringente ele se afasta da direção perpendicular à superfície (ou seja, a direção normal) que separa os dois meios. A lei que descreve esse fenômeno é a lei de Snell

ⁿ1 ^sen1 ^{= n}2 ^sen2

A luz, ao atravessar a superfície que separa os dois meios trasparentes, mas de índices de refração diferentes, muda a direção de propagação

O índice de refração é a relação entre a velocidade da luz no vácuo (c) e no meio em questão (v), ou seja n = c/v.

No caso do ar, à pressão constante, o índice de refração varia com a temperatura: quanto mais quente o ar, menor será sua densidade e menor será o índice de refração.

Em um dia ensolarado o asfalto de uma estrada pode se aquecer muito. Com isso o ar estará tão mais quente quanto mais perto do chão estiver. Consequentemente, o índice de refração do ar irá diminuindo à medida que se aproxima do chão. Assim, um raio de luz que se propaga em direção ao chão, em ângulo rasante, será constantemente desviado e refratado "para cima". Veja a figura abaixo:

As camadas de ar mais distantes do chão são mais frias e mais densas, tendo portanto índice de refração maior que as camadas mais próximas do chão, mais quentes e menos densas.

O efeito global é um desvio do feixe de luz que inicia seu percurso se aproximando do solo e acaba por se afastar. Quem olha o feixe de luz que saiu do ponto A da figura (e que foi refratado à medida que se aproximava do chão) terá a impressão que ele veio do ponto B, pois nosso mecanismo mental da visão pressupõe que a luz caminhe em linha reta. Assim o observador verá o ponto A diretamente, segundo um raio que seguiu o percurso r₁ da figura acima, e sua "imagem" (o ponto B) como se houvesse um espelho no chão, correspondente ao feixe r₂ da figura. Daí a nítida impressão que a estrada está molhada, apesar disso ocorrer em dias quentes e ensolarados nos quais uma poça d'água numa estrada seria praticamente impossível.

Um Passo a mais

O que foi dito anteriormente é suficiente para entendermos um dos processos de formação de miragens; você pode entretanto se perguntar por que quando o percurso do feixe é exatamente paralelo ao chão ele continua a sofrer refração, tendendo a ir para cima, embora não esteja mudando de meio.

Uma possível resposta pode ser procurada no conceito de ângulo crítico, aquele a partir do qual a luz deve ser totalmente refletida quando o ângulo de incidência é muito rasante.

Outra explicação, porém, pode ser obtida levando em consideração que a luz é uma onda. Assim, ao se propagar em um meio onde o índice de refração varia ao longo de uma direção perpendicular à de propagação da onda (nesse caso, a direção vertical) diferentes partes da frente de onda terão diferentes velocidades. A figura abaixo ilustra o que se quer dizer:

As frentes de onda nas várias regiões: a velocidade de propagação da luz é maior na região aonde o ar é mais quente e menos denso.

Como conseqüência deste efeito, mesmo que em um determinado instante a luz esteja se propagando paralelamente ao chão, o feixe de luz irá curvar-se para cima.