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Roteiro de Prática Referente à Refração da Luz
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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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
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.
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) / cosr ( 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.
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
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
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.