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Francesco examinava a sombra de um objeto delgado em uma câmara escura provocada por uma forte luz ao atravessar um pequeno orifício. Ele observou a formação de uma sombra mais larga e composta de partes claras e escuras. Então afirmou: "um corpo luminoso pode tornar-se obscuro quando se acrescente luz á luz que recebe".
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Um fenômeno observado pelo dinamarquês foi a dupla refração produzida no cristal da Islândia. Ele dizia que o raio "extraordinário" característico do evento, corresponderia à uma onda elipsoidal que se sobrepunha à onda esférica, correspondente ao raio ordinário. Também afirmou que a velocidade da luz era mais lenta em meios mais densos, o que provocou a contestação por parte de alguns físicos.
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Newton apresentou à Royal Society um estudo sobre a dispersão da luz, baseado em experimentos que fazia com prismas.
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Ele publicou no "Tratado sobre a luz" uma explicação para o fenômeno da reflexão e refração baseado no conceito de frente de ondas, atualmente conhecido como Princípio de Huygens (a luz constitui-se num movimento ondulatório que se propaga pelo éter semelhantemente ao som que se propaga pelo ar).
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Realizou um experimento para verificar a velocidade da luz na água. Resultou que, na água, a velocidade da luz era menor do que no ar.