Refração e suas leis, Notas de estudo de Engenharia de Alimentos

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SEGUNDO RELATÓRIO EXPERIMENTAL SOBRE

A REFRAÇÃO E SUAS LEIS, OS DIÓPTROS E

REFLEXÃO TOTAL.

ARIADNY DA SILVA ARCAS

JÉSSICA RAMOS

JESSICA ROSA

Cuiabá-MT Abril/

SEGUNDO RELATÓRIO EXPERIMENTAL SOBRE

A REFRAÇÃO E SUAS LEIS, OS DIÓPTROS E

REFLEXÃO TOTAL.

ARIADNY DA SILVA ARCAS

JÉSSICA RAMOS

JESSICA ROSA

Este relatório experimental é parte da avaliação da disciplina de Física experimental II, do curso de Engenharia de Alimentos, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso, Campus Cuiabá – Bela Vista; solicitado pelo Professor Jonas Spolador.

Cuiabá-MT Abril/

1. INTRODUÇÃO

-Conceituação de dióptro. -Identificação, determinação e conceituação de raio incidente, raio refratado, ponto de incidência, ângulo de incidência e ângulo de refração. -Enunciação da primeira lei da refração. -Enunciação da segunda lei da refração. -Determinação e interpretação do índice de refração absoluto e relativo. -Conceituação de dispersão.

2.1 MATERIAIS NECESSÁRIOS 2.1.1 A refração e suas leis, os dióptros e a reflexão total. -01 Barramento com escala milimetrada (2) -01 Fonte de luz branca com feixe direcional (4). -03 Cavaleiros magnéticos (5). -01 Painel óptico com disco de Hartl e sapatas niveladoras. -01 Mesa suporte (6). -01 Lente plano-convexo de 8di. -01 Lente plano-convexa de 4di. -01 Conjunto de diafragma. -01 Dióptro de forma semicírculo (1).

2.2 MONTAGEM 2.2.1 A refração e suas leis, os dióptros e Reflexão total. Executamos a montagem conforme as figuras (1), (2), (3) e (4).

Figura (1)

Figura (2)

Giramos o disco onde se encontra o dióptro (1), em sentido horário, de modo que o ângulo entre o raio incidente e a reta normal que simbolizamos por (N), variasse lentamente de 0° a 45°. Em seguida fixamos no instante em que o raio incidente estava na marca dos 45°. Realizamos o movimento e analisamos os resultados. Reconhecemos “i” como ângulo de incidência e “r” como ângulo de refração, procedemos de maneira análoga ao especificado logo acima, e montamos e completamos uma tabela com as seguintes informações: ângulo de incidência, seno (i), ângulo de refração, seno (r) e sen (i) /sen(r). Também determinamos o índice de refração relativo do acrílico em relação ao ar, determinamos a velocidade da luz no acrílico e o índice de refração absoluto “n” do acrílico.

2.3.2 Reflexão total Mantemos a mesma montagem da atividade anterior, porém, alterando o alinhamento inicial onde o raio oriundo da fonte de luz, passou pelo corpo de prova e saiu pelo outro lado sem sofrer nenhum desvio, ou seja, o raio incidente deve estar no eixo óptico do sistema. Para uma terceira observação dos efeitos da luz, posicionamos o dióptro em sentido contrário ao da figura (1), ou seja, colocamos adequadamente à esquerda, e consideramos a superfície dióptrica plana (de separação entre o meio acrílico e o ar), onde o meio 1 é o meio mais denso que o meio 2. A direção do raio à esquerda (dentro do acrílico com a direção do raio incidente (i) e a direção do raio emergente (fora do acrílico) com a direção do raio refratado (r)). Em seguida inclinamos 20° ao raio incidente e observamos o ângulo de refração. Voltamos o dióptro para a posição inicial de aferição e giramos o disco (onde esta acoplada o dióptro), de 0° a 90°, observando atentamente o raio refratado que sai do meio acrílico e o que ocorre no interior do semicírculo. Para identificarmos a reflexão total e o ângulo de refração, determinamos o ângulo critico (através do experimento) que é o ângulo limite de refração em que o raio refratado se torna um raio rasante a superfície dióptrica. Realizando pequenos cálculos, encontramos o índice de refração do acrílico, usando a Lei de Snell e Descartes. Identificamos o ângulo limite de

refração para o material utilizado, considerando para isso r = 90° e o ar como sendo o meio 2. Fórmulas utilizadas:

1. n(1,2) = (n 2 ) / (n 1 ) (índice relativo de refração).
2. n 1 sen i = n 2 sen i (2° lei da refração/ Lei de Snell-Descartes).
3. n = (c/v)
4. E= [V(tablado) – v(pratico) / V(tablado) ] x 100 (cálculo do erro em porcentagem)

Onde: n = índice de refração absoluto. n(1,2) = índice de refração relativo.

n 2 = meio 2. n 1 = meio 1.

c= velocidade da luz no vácuo ≈ 300.000Km/s v=velocidade.

3.0 DISCUSSÃO 3.1 A refração e suas leis, os dióptros. Após a montagem do aparato e a leitura dos procedimentos, efetuamos as primeiras observações quanto aos efeitos da luz, seguindo cada configuração do dióptro. A primeira etapa desta discussão de resultados se refere ao raio de incidência que ao penetrar no dióptro plano pelo ponto central, o feixe de luz sai normal à superfície dióptrica circular do semicírculo conforme anexo (1). Portanto o raio incidente e o raio refratado são iguais. O princípio da propagação retilínea também faz jus a este conceito, quando afirma que, em um meio homogêneo e isotrópico a luz se propaga em linha reta em todas as direções e sentido. O ângulo de incidente forma um ângulo de incidência de 90° com a reta normal (N) no ponto de incidência. Já o raio refratado (raio no interior do acrílico) forma um ângulo de refração de 90° com a reta norma (N), tendo em vista que neste caso o ângulo de incidência foi igual ao refratado. Ao girarmos o disco no sentido horário, com variação angular entre 0° e 45° entre o raio incidente e a reta normal, nota-se que quanto mais se afasta do ângulo de 0°, mais próximo da reta normal fica o raio incidente. Caso não houvesse o dióptro no cento do disco, a luz passaria livremente em linha reta, mesmo

principalmente no armazenamento, pois sua eficiência e precisão podem ser facilmente alteradas com um simples arranhão ou embasamento do material. Índice de refração é uma das grandezas físicas que caracterizam o meio e que o valor desse índice para vários materiais podem ser obtido através de dados experimentais emitidos em tabelas. É o grau de dificuldade encontrado pela luz para propagar-se em um novo meio transparente e homogêneo. Os índices de refração de uma substância são muito sensíveis ao estado físico no qual ele se encontra. Para o índice de refração em relação à água, utilizando as informações da tabela (1), e considerando o índice de refração da água, segundo a fórmula (2) temos como índice de refração do acrílico como sendo 0,76 e a velocidade da luz no acrílico é de 266,92m/s.

3.2 Reflexão total Posicionando o dióptro em sentido contrário ao da figura (1), e com inclinação de 20° o raio incidente e 30° do ângulo de refração. Em seguida voltamos o dióptro para a posição inicial de aferição e voltamos a girar o disco de 0° a 90°onde constatamos a reflexão total da luz. Na reflexão total ou interna nenhuma luz se refrata. Quando a luz se propaga do meio mais refringente para o meio menos refringente, nem todo raio luminoso sofre refração. A última refração que ocorreu foi quando o raio refratado através do giro do disco for de 90° e é chamado de ângulo limite, conforme anexo (2). Quando aumentamos o ângulo de incidência ocorre à reflexão total. Medida que o ângulo de incidência aumenta mais raios de luz são refletidos, diminuindo a quantidade de raios refratados, que se afastam da reta normal. Quando o raio refratado atinge o ângulo limite, o raio de refração vai formar um ângulo de 90° com a reta normal, ou seja, rasante, recebendo o nome de ângulo limite ao ângulo de incidência. Quando o raio incidente ultrapassa o ângulo limite, ocorre a reflexão total.

4.0 CONCLUSÃO

Durante a prática observou-se que a luz penetra em qualquer meio de densidade diferentes, porém com velocidades diferentes. Também chamamos de índice de refração absoluto (n) de um meio, a razão entre a velocidade da luz no vácuo pela velocidade que ela adquire ao entrar neste meio. O índice de refração também depende da frequência da onda da luz incidente, sendo importante a identificação do tipo de radiação monocromática utilizada na determinação. A não ocorrência de erros experimentais é praticamente impossível. Nota- se que mesmo havendo um empenho para a minimização desses erros, com a utilização de equipamentos adequado e calibrados, ambientes adequados entre outros sempre existirá erros. Esta prática proporcionou uma releitura de todo o conteúdo ministrado durante o segundo semestre do curso de Engenharia de Alimentos onde conseguimos relembrar e associar a parte teórica com a pratica. Conseguimos visualizar a importância do estudo da óptica para nós alunos, como forma de entender e compreender, por exemplo, o funcionamento dos leitores de código de barras na caixa do supermercado que fazem um varrimento óptico do código para conseguir identificar o produto, para a espectroscopia que é a técnica utilizada em laboratórios de química, para averiguação da presença, ou não, de um determinado composto em uma amostra, a medição do índice de refração, utilizados para a determinação de concentrações, técnicas de conservação e armazenamentos de alimentos garantindo a proteção dos mesmos, fibras ópticas, visão entre outros.

5.0 REFERÊNCIAS

Anexo (1)

Anexo (2)