ICF1-AD1-2012-1

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IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 
1o Semestre de 2012 AD1 de ICF1 
Profas Ana Maria Senra Breitschaft e 
Erica Ribeiro Polycarpo Macedo 
 
1
 
 
 AD1 de ICF1 
 
 
 
 
 
Nome:________________________________ 
 
Pólo:_________________________________ 
 
 
Instruções 
Faça a AD1 à medida que você for estudando. 
Não dispense a ajuda da tutoria presencial, nem da tutoria à distância para fazer a sua AD1. 
Você pode entrar em contado com os tutores à distância pelo telefone 0800-2823939 e pela 
ferramenta da plataforma denominada “Sala de Tutoria”. Lá você pode colocar a sua dúvida. 
Esta AD contém três (3) questões. As questões devem ser resolvidas a partir dos conceitos 
definidos das leis da Óptica Geométrica. Ela deve ser entregue no pólo até as 20h do dia 2 de 
março (sexta-feira). Se ela for enviada por correio, ela deve ser postada até dia 29 de 
fevereiro. 
 
NÃO ACEITAREMOS AD1 DIGITALIZADAS NEM ESCANEADAS. 
RESPONDA AS QUESTÕES NOS ESPAÇOS RESERVADOS. 
 
Questão 1 (4,0 pontos) 
Só ganham pontos na questão os alunos que fizeram o Laboratório 1, portanto, espere 
para começar a resolver a questão depois de ir ao pólo para fazer os experimentos desse 
laboratório. Recomendamos que você faça essa questão imediatamente após a realização do 
laboratório 1. Se quiser ajuda na correção da sua questão, utilize a Sala de Tutoria da 
plataforma. Nela você pode enviar a sua resposta e discutir com os tutores à distância. 
 
Os cientistas utilizam o método científico para descobrir as Leis da Natureza. Na Prática I você 
realizou o experimento 1 para descobrir um modelo para a propagação da luz em um meio 
homogêneo. Com esta finalidade foram obtidas, de duas formas diferentes, o diâmetro da 
mancha luminosa produzida pela luz que atravessava um orifício circular. Na primeira forma, o 
diâmetro da mancha foi obtido com as fórmulas do modelo proposto. 
 
a) Qual o modelo proposto para a propagação da luz em um meio homogêneo? Escreva a 
fórmula do modelo que permite obter o diâmetro da mancha luminosa. 
 
 
 
 
 
 
b) Escreva as fórmulas utilizadas para se obter a incerteza experimental do diâmetro da 
mancha luminosa obtida com a fórmula do modelo. 
 
 
 
 
 
c) Complete a Tabela 1 com as medidas experimentais que você realizou para obter, 
com a fórmula do modelo, o diâmetro da mancha luminosa. Não esqueça de colocar as 
Questão Nota Rubrica 
1a 
2a 
3a 
Total 
UFRJ 
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incertezas destas medidas. Considere apenas duas posições do anteparo. Utilize a 
primeira linha da tabela para identificar as medidas. 
 
d) Calcule com a fórmula do item (a) os diâmetros das manchas. Transfira para a Tabela 
2. Utilize a primeira linha da tabela para identificar as medidas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
e) Calcule as incertezas experimentais associadas aos diâmetros das manchas luminosas 
obtidos em (d) e transfira para a Tabela 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 1 
 
 
 
 
 Tabela 2 
 
 
 
 
f) Para comprovar o modelo da propagação retilínea da luz foi necessário obter o 
diâmetro da mancha luminosa de uma segunda maneira. Qual foi esta outra maneira 
utilizada para se obter o diâmetro da mancha? Coloque estes valores do diâmetro da 
mancha com as suas incertezas experimentais na Tabela 3. Utilize a primeira linha da 
tabela para identificar as medidas. 
 
 
 
 
Tabela 3 
 
 
 
 
g) Você aprendeu que toda medida experimental tem incerteza, seja ela medida 
diretamente ou indiretamente. Podemos representar a faixa de valores associada à 
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medida de uma grandeza por um intervalo de números reais. Os intervalos 
€ 
I1 = [19,5, 20,5](em cm) e 
€ 
I2 = [19,8,20,2](em cm) representam as faixas de valores 
associadas à medida da maior dimensão de um livro obtidas por duas pessoas 
diferentes. Marque a resposta correta. Justifique a sua resposta. 
(1) As medidas obtidas são iguais. 
(2) As medidas obtidas são diferentes. 
(3) Existe uma boa probabilidade das medidas serem iguais . 
 
h) Repita o item g para os intervalos 
€ 
I1 = [19,0,19,5](em cm) e 
€ 
I2 = [20,5,20,7](em cm) . 
(4) As medidas obtidas são iguais. 
(5) As medidas obtidas são diferentes. 
(6) Existe uma boa probabilidade das medidas serem iguais . 
 
Faça os itens i e j para a primeira posição b do anteparo. 
 
i) Escreva o intervalo I associado à faixa de valores da medida do diâmetro da mancha 
luminosa obtida pelas fórmulas do modelo. Escreva o intervalo J associado à faixa de 
valores da medida do diâmetro da mancha luminosa obtida da outra forma. Represente 
esses intervalos na semi-reta a seguir. TRABALHE COM UMA ESCALA RAZOÁVEL. 
 
 
 
 
 
j) Existe interseção entre os intervalos I e J obtidos em i? Em caso afirmativo escreva 
€ 
I  J . 
 
 
Faça os itens k e l para a segunda posição b do anteparo. 
 
k) Escreva o intervalo II associado à faixa de valores da medida do diâmetro da mancha 
luminosa obtida pelas fórmulas do modelo. Escreva o intervalo JJ associado à faixa de 
valores da medida do diâmetro da mancha luminosa obtida da outra forma. Represente 
esses intervalos na semi-reta a seguir. TRABALHE COM UMA ESCALA RAZOÁVEL. 
 
 
 
 
 
l) Existe interseção entre os intervalos II e JJ obtidos no item k? Em caso afirmativo escreva 
 
€ 
II  JJ . 
 
 
m) Complete as lacunas de acordo com as medidas realizadas. 
Na primeira posição do anteparo, a interseção entre o intervalo I que representa a faixa de 
valores da mancha luminosa obtida com as fórmulas do modelo e o intervalo J que 
representa a faixa de valores do diâmetro da mancha obtida da outra forma 
_____________________. Na segunda posição do anteparo, a interseção entre o intervalo 
II que representa a faixa de valores da mancha luminosa obtida com as fórmulas do 
modelo e o intervalo JJ que representa a faixa de valores do diâmetro a mancha obtida da 
outra forma _________________. 
Logo como _______________________________________________________________ 
________________________________________________________________________ 
o modelo de propagação retilínea da luz é _______________________________ com as 
medidas experimentais. 
 
n) Quais os experimentos da Prática I não podem ser explicados pela Óptica Geométrica? 
Explique a sua resposta. 
 
 
X 
X 
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Questão 2 (3,0 ponto) 
Antes de fazer esta questão estude a Aula2 do Módulo 1 e veja os vídeos “Fibras Ópticas” e 
“A propagação da luz na atmosfera” que estão disponíveis no seu polo para cópia e também 
nas páginas Yootube: 
http://www.youtube.com/watch?v=jUs7l3wJeoY 
http://www.youtube.com/watch?v=9TO5czezEBQ 
Preste atenção quando for realizar o experimento 4, pois você irá trabalhar com uma 
lente de acrílico. 
 
Um raio luminoso (raio 1) incide no ponto O do lado AB do prisma representado na figura 2 
formando um ângulo de incidência 
€ 
θ1 = 0° com a normal do lado AB. O índice de refração do 
prisma vale 1,45 e o do ar 1,00. 
a) Desenhe o raio 1 que incide na face AB do prisma no ponto O. 
b) Denominaremos o raio refratado na face AB de raio 2. Desenhe o raio 2 na figura 2. 
c) Desenhe a normal à face AC no ponto onde o raio 2 incide. 
d) Meça com um transferidor o ângulo de incidência do raio 2 na face AC e anote seu 
valor aqui. 
 
e) Denominaremos o raio refletido na face AC de raio 3. Desenhe o raio 3 na figura 2. 
f) Desenhe a normal à face BC no ponto onde o raio 3 incide. 
g) Meça com um transferidor o ângulo de incidência do raio 3 na face BC e anote seu 
valor aqui. 
 
 
h) Calcule o ângulo de refração para o raio 3 nessa face. 
 
 
 
i) Denominaremos o raio refratado na face BC de raio 4. Desenhe o raio 4 na figura 2, se 
houver este raio. 
j) Qual o maior valor possível para o índice de refração do prisma para que haja raio 
refratado na face BC? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Questão 3 (3,0 pontos) 
Faça esta questão após estudar a Aula 3 do Módulo 1. Na Sala de Aula Virtual de ICF1, na 
“Aula 3 – Módulo 1” há um exemplo de como trabalhar com espelhos esféricos com a solução 
feita passo a passo. 
 
A figura 3 mostra um objeto luminoso quase pontual colocado próximo ao eixo de um espelho 
côncavo cujo centro está representado pela letra C. Considere como escala que cada 
quadradinho tem 2,0cm X 2,0cm. 
 
 
Figura 3 
 
a) Construa com o método dos raios a imagem do objeto formada pelo espelho e vista 
pelo observador representado na figura 3. Para auxiliá-lo siga os seguintes passos: 
• trace o primeiro raio saindo do objeto e indo até o vértice do espelho; 
• trace o raio refletido associado a este raio; 
• trace um segundo raio saindo do objeto e indo até um ponto do espelho próximo do 
primeiro raio; 
• trace o raio refletido associado a este raio; 
• determine a imagem criada pelo objeto e vista pelo observador. 
 
b) A imagem formada é real ou virtual? Justifique. 
 
 
 
 
 
c) Na figura 3, meça diretamente o módulo do raio ( =distância do centro C até o 
vértice V) do espelho e o módulo da distância horizontal do objeto ao plano AB que 
passa pelo vértice V do espelho. Meça diretamente, também, o módulo da distância 
horizontal da imagem do objeto encontrada no item a) ao plano AB que passa pelo 
vértice V do espelho. Transfira para a Tabela 1 as medidas obtidas juntamente com 
suas incertezas experimentais (por exemplo, se a sua distância tem 2 quadrados ela 
vale 4,0 cm). 
Tabela 1- Medidas diretas 
 [cm] [cm] [cm] [cm] [cm] [cm] 
 
 
 
 
d) Calcule a distância horizontal 
€ 
i da imagem ao plano AB que passa pelo vértice V do 
espelho utilizando a equação dos espelhos esféricos na aproximação paraxial que é 
dada por 
€ 
1
o
+1
i
= 2
R
. 
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e) Obtenha a incerteza na medida indireta de com a seguinte expressão: 
€ 
δi = i 2 4 δR
R2
⎛ 
⎝ 
⎜ 
⎞ 
⎠ 
⎟ 
2
+ δo
o2
⎛ 
⎝ 
⎜ 
⎞ 
⎠ 
⎟ 
2
 
 
 
 
 
 
f) Transfira para a Tabela 2 os resultados obtidos nos itens d) e e). 
 
 Tabela 2-Medidas indiretas 
€ 
i [cm] 
€ 
δ i [cm] 
 
 
g) Existe interseção entre as faixas de valores para o módulo de obtidas com os dados 
das tabelas 1 e 2? Raios paraxiais são aqueles que formam imagens cuja distância 
€ 
i 
ao plano AB que passa pelo vértice V do espelho é dada pela equação dos raios 
paraxiais. Os raios que formam a imagem do objeto no item a) são paraxiais? Justifique 
a resposta.