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Roteiro Prática Refração, Manuais, Projetos, Pesquisas de Óptica

Roteiro de Prática Referente à Refração da Luz

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

2021

Compartilhado em 12/11/2021

william-jonathan-12
william-jonathan-12 🇧🇷

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PRÁTICA 4: REFRAÇÃO DA LUZ (VIRTUAL)
Prof. Nildo Loiola Dias
4.1 OBJETIVOS
- Verificar como se comporta um feixe luminoso ao passar de um meio transparente para outro com
diferente índice de refração.
- Determinar o índice de refração do vidro e da glicerina.
- Determinar o ângulo limite para diversas substâncias.
- Observar a reflexão total.
- Estudar o deslocamento lateral de um raio luminoso ao atravessar um meio transparente com
superfícies planas e paralelas.
4.2 MATERIAL
Para visualizar o experimento real de refração que será simulado, veja:
https://www.youtube.com/watch?v=ICPMcDPkfqw&t=105s
Para visualizar o experimento de desvio lateral em uma lâmina de faces paralelas, veja:
https://www.youtube.com/watch?v=-IoPs4Qik-g
Simulação para a realização dos procedimentos 1 e 2:
https://www.geogebra.org/m/rgfg8tp7
Simulação para a realização do procedimento 3:
https://www.geogebra.org/m/dkuhvvhk
4.3 FUNDAMENTOS
REFRAÇÃO
Sempre que um feixe de luz atinge a superfície de separação entre dois meios transparentes, parte da
luz é refletida e parte é transmitida. Nesta experiência analisaremos o comportamento do feixe luminoso que
é transmitido. Se ao passar de um meio para o outro há uma mudança na velocidade da luz, dizemos que
houve refração. A refração pode ocorrer com ou sem desvio na direção de propagação. A refração obedece a
duas leis gerais:
“O raio incidente, o raio refratado, e a normal à superfície no ponto de incidência são co-planares”
“A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é constante”.
Esta última assertiva é a conhecida “Lei de Snell”. A este valor constante dá-se o nome de índice de refração.
O índice de refração é um valor relativo entre os dois meios considerados e, como veremos numa prática
posterior, seu valor depende do comprimento de onda da luz empregada. Em geral, define-se como índice de
refração absoluto de um meio, o índice de refração deste meio em relação ao vácuo.
ÂNGULO LIMITE E REFLEXÃO TOTAL
Quando a luz passa de um meio mais refringente (com maior índice de refração) para um meio
menos refringente (com menor índice de refração) o raio refratado se afasta da normal (em comparação com
o raio incidente), podendo chegar a fazer um ângulo de 90o com a normal; dizemos então que o ângulo de
incidência é o ÂNGULO LIMITE. Se o ângulo de incidência for maior do que o ÂNGULO LIMITE,
ocorrerá REFREXÃO TOTAL.
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PRÁTICA 4: REFRAÇÃO DA LUZ (VIRTUAL)

Prof. Nildo Loiola Dias

4.1 OBJETIVOS

  • Verificar como se comporta um feixe luminoso ao passar de um meio transparente para outro com diferente índice de refração.
  • Determinar o índice de refração do vidro e da glicerina.
  • Determinar o ângulo limite para diversas substâncias.
  • Observar a reflexão total.
  • Estudar o deslocamento lateral de um raio luminoso ao atravessar um meio transparente com superfícies planas e paralelas.

4.2 MATERIAL

Para visualizar o experimento real de refração que será simulado, veja: https://www.youtube.com/watch?v=ICPMcDPkfqw&t=105s Para visualizar o experimento de desvio lateral em uma lâmina de faces paralelas, veja: https://www.youtube.com/watch?v=-IoPs4Qik-g Simulação para a realização dos procedimentos 1 e 2: https://www.geogebra.org/m/rgfg8tp Simulação para a realização do procedimento 3 : https://www.geogebra.org/m/dkuhvvhk

4.3 FUNDAMENTOS

REFRAÇÃO

Sempre que um feixe de luz atinge a superfície de separação entre dois meios transparentes, parte da luz é refletida e parte é transmitida. Nesta experiência analisaremos o comportamento do feixe luminoso que é transmitido. Se ao passar de um meio para o outro há uma mudança na velocidade da luz, dizemos que houve refração. A refração pode ocorrer com ou sem desvio na direção de propagação. A refração obedece a duas leis gerais: “O raio incidente, o raio refratado, e a normal à superfície no ponto de incidência são co-planares” “A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é constante”. Esta última assertiva é a conhecida “Lei de Snell”. A este valor constante dá-se o nome de índice de refração. O índice de refração é um valor relativo entre os dois meios considerados e, como veremos numa prática posterior, seu valor depende do comprimento de onda da luz empregada. Em geral, define-se como índice de refração absoluto de um meio, o índice de refração deste meio em relação ao vácuo. ÂNGULO LIMITE E REFLEXÃO TOTAL Quando a luz passa de um meio mais refringente (com maior índice de refração) para um meio menos refringente (com menor índice de refração) o raio refratado se afasta da normal (em comparação com o raio incidente), podendo chegar a fazer um ângulo de 90o^ com a normal; dizemos então que o ângulo de incidência é o ÂNGULO LIMITE. Se o ângulo de incidência for maior do que o ÂNGULO LIMITE, ocorrerá REFREXÃO TOTAL.

LÂMINA DE FACES PARALELAS

Um raio de luz incidente em uma superfície de uma lâmina de faces paralelas de espessura t, emerge na face oposta paralelamente à direção inicial, mas deslocado lateralmente, como mostra a Figura 4.1. Pode ser mostrado que o deslocamento lateral é dado por: D = t sen(i - r) / cosr ( 4.1) onde t é a espessura da lâmina de faces paralelas, i e r são os ângulos de incidência e de refração na primeira interface, respectivamente. Figura 4.1. Desvio lateral em uma lâmina de faces paralelas.

4.4 PROCEDIMENTOS

Simulação para a realização dos procedimentos 1 e 2: https://www.geogebra.org/m/rgfg8tp Na Figura 4.2 vemos a tela da simulação após escolhermos: Posição 1, Vidro, Mostrar Normal, Transferidor e deslocarmos o controle deslizante para a direita. O Transferidor pode ser arrastado para a medida dos ângulos de incidência e de refração. Figura 4.2. Tela da simulação Refração. Nesta simulação um raio de luz incide no centro de um corpo ótico com formato semicircular. Na Posição 1 do corpo semicircular, um raio refratado que vai do centro do semicírculo para sua superfície semicircular, incidirá perpendicularmente à essa superfície e passará para o meio externo sem sofrer desvio,

Figura 4. 3. Posição 2 da simulação para determinação do ângulo limite e observação da reflexão interna total. Na figura o ângulo de incidência é de 4 0 o. 2.1 Escolha na simulação REFRAÇÃO a Posição 2 de forma que o raio luminoso incida sobre a superfície semicircular como mostra a Figura 4. 3. 2.2 Escolha uma das substâncias indicadas na Tabela 4. 3. 2.3 Varie o ângulo de incidência de modo a obter um ângulo de REFRAÇÃO de 90o. Anote o ângulo de incidência que é o ÂNGULO LIMITE. Se necessário, utilize os controles finos do ângulo de incidência. 2.4 Repita os procedimentos anteriores para as outras substâncias indicadas na Tabela 4. 3. 2.5 Observe o comportamento do raio de luz para ângulos maiores do que o ângulo limite. Anote: Comportamento da luz para ângulos de incidência maiores do que o ÂNGULO LIMITE: Tabela 4. 3. Ângulos limite. Água Vidro Óleo Glicerina Policarbonato ÂNGULO LIMITE

PROCEDIMENTO 3: Desvio lateral da luz ao atravessar uma lâmina de faces paralelas.

Simulação para a realização do procedimento 3 : https://www.geogebra.org/m/dkuhvvhk Na Figura 4.4 vemos uma tela da simulação LÂMINA DE FACES PARALELAS

CONTROLES DA SIMULAÇÃO LÂMINAS DE FACES PARALELAS :

  • Escolha um dos materiais para estudar com um clique na caixa ao lado
  • Clique em Mostrar Raio para visualizar o raio incidente sobre a lâmina.
  • Clique em Mostrar Transferido/Régua para visualizar o transferidor e a régua.
  • Clique em Mostrar Normal para visualizar as normais às superfícies (primeira e segunda) da lâmina de faces paralelas nos pontos de incidência do raio luminoso.
  • Clique em Mostrar Prolongamento para visualizar o prolongamento do raio incidente.
  • Use o cursor ângulo de Incidência para alterar o ângulo de incidência.
  • Use o cursor Espessura da Lâmina para alterar a espessura da lâmina.
  • Use o cursor Rotacionar Régua para girar a régua.
  • Clique no ponto amarelo da régua para arrastá-la.
  • Clique no transferidor para arrastá-lo. DESVIO LATERAL EM FUNÇÃO DO ÂNGULO DE INCIDÊNCIA

3.1 Escolha para a lâmina de faces paralelas o material VIDRO.

3.2 Fixe a espessura da lâmina no valor máximo. Anote a espessura: t = ____________.

3.3 Meça o desvio lateral em função do ângulo de incidência para os valores indicados na Tabela

Tabela 4.4. Desvio lateral em função do ângulo de incidência no VIDRO.

Ângulo de incidência (o) 25 50 75

Desvio Lateral (cm)

DESVIO LATERAL EM FUNÇÃO DO ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO MATERIAL

3. 4 Mantenha o ângulo de incidência em 50o.

3. 5 Fixe a espessura da lâmina no valor máximo.

3. 6 Meça o desvio lateral em função do índice de refração do material como indicado na Tabela 4. 5.

Tabela 4. 5. Desvio lateral em função do índice de refração do material (ângulo de incidência 50 o)

Material Água Vidro Glicerina

Índice de Refração

Desvio Lateral (cm)

DESVIO LATERAL EM FUNÇÃO DA ESPESSURA DA LÂMINA DE FACES PARALELAS

3. 7 Escolha para a lâmina de faces paralelas o material GLICERINA.

3. 8 Mantenha o ângulo de incidência em 50 o.

3. 9 Meça o desvio lateral em função da espessura da lâmina de faces paralelas para os valores

indicados na Tabela 4. 6.

Tabela 4. 6. Desvio lateral em função da espessura da lâmina de faces paralelas (GLICERINA).

Espessura da Lâmina de faces Paralelas (cm) 5 10 15

Desvio Lateral (cm)

4.5 QUESTIONÁRIO

1. Considerando o PROCEDIMENTO 1 , explique por que o feixe de luz não se desvia novamente ao sair do corpo ótico semicircular. 2. Dos dados das Tabelas 4.1 e 4.2, determine o valor médio do índice de refração do vidro e da glicerina. 3. Que condições são necessárias para que ocorra reflexão total? 4. Determine o índice de refração do vidro, da água e da glicerina a partir do ângulo limite medido no PROCEDIMENTO 2. Apresente os cálculos.