RELATÓRIO - REFRAÇÃO DA LUZ - FISICA EXPERIMENTAL II - UFCG, Trabalhos de Física Experimental

Baixe RELATÓRIO - REFRAÇÃO DA LUZ - FISICA EXPERIMENTAL II - UFCG e outras Trabalhos em PDF para Física Experimental, somente na Docsity! UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA LABORATÓRIO DE ÓPTICA, ELETRICIDADE E MAGNETISMO Engenharia Fácil REFRAÇÃO DA LUZ Professor: Laerson Duarte Da Silva Turma: 01 Campina Grande - PB 2021 Índice 1.0 - Introdução 1.1 - Objetivos 1.2 - Materiais 2.0 - Procedimentos e Análises 3.0 - Resultados e discussões 4.0 - Conclusões 5.0 - Anexos 6.0 - Referências Bibliográfica constante, e que essa constante dependia dos dois meios pelos quais a luz viajava. Investigações posteriores mostraram que essa constante era a razão entre as velocidades da luz nos dois meios, ou seja, sen61 o vi senB2 v2 onde vi e v2 representam a velocidade da luz nos meios 1 e 2, respectivamente. Pode-se reescrever essa igualdade usando a definição de índice de refração. Para o meio 1 tem-se, e para o meio 2 tem-se. Substituindo na expressão acima, obtém-se: sen81 o sen61 o n2 >S—— =— sen62 nl seno2 SlojElo Rearranjando a última equação acima, tem-se a forma mais comum da segunda lei da refração ou lei de Snell-Descartes, ou apenas lei de Snell, como também é conhecida. n1 + sen01 = n2 + sen02 Assim, conhecendo três das variáveis que aparecem na lei de Snell, é possível obter a quarta. Isso significa que se pode usar a lei de Snell tanto para, conhecendo- se ne ne, prever a direção do raio refratado, como para obter o índice de refração de um dos meios, medindo 01e 02. Algumas observações decorrem da lei de Snell: Se 81 e 82 forem iguais, isso implica n1 = n2. Assim, se os meios forem iguais, os ângulos de incidência e refração são iguais, ou seja, não ocorre refração, pois não há mudança na direção de propagação do raio. Para o caso em que a luz incide perpendicularmente à interface entre os meios tem-se 64= 0, o que implica 62= 0. Isso quer dizer que, no caso de incidência normal, não ocorre refração. Se, quando o raio de luz passa de um meio para outro, o índice de refração aumenta, o raio refratado se aproxima da reta normal; se o índice de refração diminui, o raio refratado se afasta da reta normal, como mostram as figuras a seguir. m<m=0,> 0; o mem=6<4 h ha n, ' ' 1 N Se n,< mn, O raio se aproxima da normal. sen, > n., 0 raio se afasta da normal. Dioptro Plano Dá-se o nome de dioptro plano ao sistema formado por dois meios transparentes separados por uma superfície plana. A figura abaixo representa a formação de imagem em um dioptro plano. Dois raios de luz partem de um objeto O no meio 2 e propagam-se em direção ao meio 1. O raio de luz perpendicular à interface não tem sua direção alterada, enquanto o outro raio sofre refração. O resultado é que o observador situado no meio 1 vê uma imagem | localizada a uma distância D+ da interface, quando o objeto está na verdade a uma distância Dz dela. Formação de imagem em dioptro plano. A formação de imagens virtuais produzidas por um dioptro plano pode ser estudada usando argumentos geométricos juntamente com a lei de Snell-Descartes, como se mostra abaixo. Tem-se, n1 + sen01 = n2 * senB2 Se os ângulos forem pequenos, as seguintes aproximações são válidas: sen01 = tg91 e sen92 =tgo2 Assim, pode-se escrever nl *tg91 = n2 *tg02. ; =L =L Mas, pela figura, tg01 = me tgo2 = » ms az L L AS Substituindo na equação, tem-se: n1 “HS n2 “> Dividindo ambos os membros por L e rearranjando os termos, chega-se à expressão abaixo. D2 n2 D1 n1 Essa igualdade estabelece uma relação entre os índices de refração dos dois meios e as distâncias do objeto e da imagem à interface. A expressão mostra que quanto maior for a diferença entre os índices de refração dos dois meios, maior será a diferença entre as posições da imagem e do objeto. Algumas observações seguem: Essa expressão é válida apenas para observadores próximos à reta normal, ou seja, para pequeno, menor que 10º. Se o meio onde está o observador for menos refringente que o meio onde está o objeto, a imagem formada fica mais perto da interface que o objeto. Se o meio onde está o observador for mais refringente, a situação se inverte. Reflexão Total Até aqui se aprofundou o estudo do fenômeno da refração sem que fosse levada em conta a reflexão que ocorre simultaneamente. Essa reflexão é importante porque impõe uma condição fundamental para que a refração aconteça: um ângulo limite. Como foi estudado, parte dos raios incidentes é refletida e parte é refratada. Quando os raios viajam de um meio mais refringente para um meio menos refringente, os raios refratados se afastam da reta normal. Essa mudança de meio faz com que a quantidade de raios refratados e refletidos também varie. 2.0 - Procedimentos e Análises Determinação do índice de refração de um material - Parte 1 Montou-se o equipamento de acordo com o esquema da (figura 1), em seguida, colocou-se de um lado do cavaleiro metálico o diafragma com uma fenda e do outro lado uma lente convergente de distância focal 12 cm ajustando a posição do conjunto para que o filamento da lâmpada fique no foco da lente. Após isso, é ligada a fonte de luz e ajustado o raio luminoso para que fique bem no centro do transferidor. O semicírculo é colocado no disco óptico ajustando para que o ângulo de incidência e o ângulo de refração sejam 0º. Feito isso, é girado o disco variando o ângulo de incidência de 10º em 10º e anotado os valores de refração medidos (tabela 1). Figura 1: Montagem para o experimento Determinação do índice de refração de um material. Fonte: Azeheb - Laboratórios de Física. A partir dos dados coletados e anotados é calculado na tabela os senos dos mesmos (tabela 1) Tabela 1: Tabela que relaciona os valores de Do e Di a fim de determinar o foco da lente. Ângulo de senti) Ângulo de sent(r) senti)/sen(r) incidência (i) refração (r) 10º 0.17 6,5º 0.11 1.54 20º 0.34 13,2º 0.22 1.54 30º 0.50 19,5º 0.33 1.51 40º 0.64 25,5º 0.43 1.48 50º 0.76 29,0º 0.48 1.58 Determinação do índice de refração de um material - Parte 2 Fonte: Arquivo do autor. 10 Seguindo o mesmo procedimento anterior monta-se o equipamento (figura 2) mudando apenas a posição do semicírculo. Feito isso, girasse o semicírculo variando o ângulo de incidência de 5º em 5º anotando os valores dos ângulos de refração. Figura 2: Montagem para o experimento Determinação do índice de refração de um material parte 2. Fonte: Azeheb - Laboratórios de Física. A partir dos dados coletados calcula-se na tabela os senos dos mesmos (tabela 2) Tabela 2: Tabela que relaciona os valores de Do e Di a fim de determinar o foco da lente parte 2. Ângulo de senti) Ângulo de sent(r) sen(i)/sen(r) incidência (i) refração (r) 5º 0.08 7,5 0.13 0.61 10º 0.17 15,0º 0.25 0.68 15º 0.25 225º 0.38 0.65 20º 0.34 31,0º 0.51 0.66 25º 0.42 39,5º 0.63 0.66 30º 0.50 48,5º 0.74 0.67 35º 0.57 59,0º 0.85 0.67 40º 0.64 72,8º 0.95 0.67 45º 0.70 - 1 0.70 Fonte: Arquivo do autor. Refração da luz: Lente Convergente Utilizar a mesma montagem do experimento anterior substituindo o diafragma de uma fenda pelo diafragma de 5 fendas (figura 3). Ajusta-se o feixe luminoso paralelamente ao eixo principal da lente convergente. Dar-se início ao experimento nu analisando a trajetória dos feixes, assim como, desenhando-os num papel a fim de determinar o foco. Figura 3: Montagem para o experimento de lente convergente. Fonte: Azeheb - Laboratórios de Física. Refração da luz: Lente Divergente Utilizar a mesma montagem do experimento anterior e colocar no disco ótico o perfil de acrílico bicôncavo (figura 4). Em seguida, fazer esboço de uma lente divergente, e identificar os seus elementos principais, ajustar o feixe luminoso paralelamente ao eixo principal da lente divergente. Figura 4: Montagem para o experimento de lente divergente. Fonte: Azeheb - Laboratórios de Física. Distância Focal de uma Lente Convergente Equipamento montado conforme a imagem (figura 5). Ajusta-se a posição do anteparo para que a imagem projetada fique bem nítida (movimentar o anteparo para frente e para trás). Anota-se a distância da imagem formada à lente. A partir da equação de Gauss e dos dados coletados é determinada a distância focal. Para isso, foram realizadas seis medições, e as mesmas tiveram variadas distâncias do objeto e a da imagem. Também é medido o tamanho da imagem e do objeto. Figura 5: Montagem para o experimento Distância focal de uma lente convergente. 12 ATE pv ERS CE cenTRO A óenco eixo U Pride 2 Ponto DI$7%4 FOCA Fonte: autoria própria. Refração da luz: Lente Divergente pa rocau Pelo foco de uma lente divergente, não passam raios luminosos. Logo, o foco é virtual. Um raio que incide paralelamente ao eixo, refrata- se na direção do foco e um raio que incide na direção do foco, refrata-se paralelamente ao eixo. Esboço de lente divergente a seguir: Figura 8: Lente Divergente Foca Fonte: autoria própria. Distância Focal de uma Lente Convergente O valor médio da distância focal é f = 10,2 cm. O tipo de imagem formado é reale invertida. A razão Di/Do e I/O são aproximadamente iguais e isso representa que triângulos são formados para representar a imagem. Imagem de F real e invertida. Dióptro Plano 15 Para o cálculo do desvio lateral, tem-se t = 2,6 cm, 601 = 30º, 02 = 20º, 03 = 20º e 64 = 45º é a dada por: Figura 9: Esboço Diópiro Plano. ET ls Fonte: autoria própria. — t+sen(01-02) 2,6+sen(30º — 20º) = = =047 * coso2 cos(20º) m E o índice de refração do dioptro é dado por: n1 + sen(01) = n2 + sen(02) n1 + sen(01) n2=>—55— sen(92) — 1+sen(30º) =1,47 sen(20º) 16 4.0 - Conclusões Com este relatório foi possível realizar algumas conclusões que possuem uma relevância importante. O fenômeno da refração da luz ocorre quando a luz atravessa a interface entre dois meios ópticos e transparentes, e ocorre um desvio no ângulo de incidência dos raios luminosos. Ao conhecer estes fenômenos é possível compreender diversos acontecimentos ópticos na natureza como o exemplo da formação dos arco-íris. Com a realização destes experimentos foi possível entender de forma clara e relativamente simples o comportamento da luz ao passar de um meio para outro. Ao entender o que é a refração, foi possível entender o funcionamento das lentes quanto às formações das imagens (virtual, real, direita, invertida, ampliada, normal ou menor) quanto ao tipo de lente (convergente ou divergente) e como se comporta formação de imagem quanto a posição que se encontra um objeto diante de uma lente. Com essa observação é possível entender a importância da utilização de lentes no dia a dia para solucionar problemas (corrigir problemas de vista). Outro ponto que foi possível comprovar foi a teoria com um experimento prático. Além de que com os dados obtidos foi possível notar que existem erros, mesmo que sejam pequenos, que foram provenientes de erros de leitura e na execução do procedimento. Por fim, podemos concluir que o experimento alcançou o objetivo ao qual foi proposto. 17 R: Ao ir aproximando um objeto da lente e é colocado exatamente sobre o foco antiprincipal, a imagem formada é real, invertida e de mesmo tamanho 9. Fazer ilustração dos elementos principais de uma lente delgada convergente? Figura 10: Lente Delgada Convergente. Fonte: autoria própria. 20 6.0 - Referências Bibliográficas SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Lâmina de faces paralelas"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/lamina-faces-paralelas.hntm. Acesso em 06 de julho de 2021. FORMAÇÃO de imagens nas lentes esféricas. IS. [1] 2013. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/formacao-imagens-nas-entes-esfericas.htm. Acesso em: 6 jul. 2021. 21