ICF1 AD1 2017 2

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IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 
2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 
Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 
 
1 
 
 AD1 de ICF1 – 2017.2 
 
 
 
Pólo:______________________ 
Data:______________________ 
Curso:_____________________ 
 
 
 
 
Nome Legível: __________________________________ 
 
Assinatura: ____________________________________ 
 
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 diretamente 
pela ferramenta da plataforma denominada “Sala de Conferência” 
ou Chat”, nos horários disponíveis. Ou ainda pelas ferramentas da 
plataforma denominadas “Fórum” e “Sala de Tutoria”, onde você 
pode colocar a sua dúvida e ter uma resposta da nossa equipe em 
até 24h durante a semana. Quando a dúvida é colocada de sexta à 
noite até domingo, respondemos até a segunda-feira seguinte. 
 
Esta AD contém quatro (04) questões. Ela deve ser entregue nos 
polos até as 15h do dia 19 de agosto (sábado) de 2017. Se ela 
for enviada por correio, ela deve ser postada até dia 11 de 
agosto (sexta-feira), com rastreamento. 
 
NÃO ACEITAREMOS AD1 DIGITALIZADAS NEM ESCANEADAS. 
RESPONDA AS QUESTÕES NOS ESPAÇOS RESERVADOS, 
LOGO ABAIXO DE CADA ITEM. 
 
Questão Nota Rubrica 
1a 
2a 
3a 
4a 
Total 
 
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2 
 
Questão 1 (2,0 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 polo 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 1 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 incertezas 
destas medidas. Considere apenas duas posições do anteparo. 
Utilize a primeira linha da tabela para identificar as medidas. 
 
 
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Tabela 1 
 
 
 
 
d) Calcule, no espaço abaixo, 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, no espaço abaixo, a incerteza experimentais associada 
ao diâmetro de uma das manchas luminosas obtido no item 
anterior. Calcule as incertezas dos outros diâmetros em um 
rascunho (não é necessário entregá-lo) e transfira todos os 
valores finais para a Tabela 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Tabela 2 
 
 
 
 
 
 
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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? 
 
 
 
 
g) 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 
 
 
 
 
Você aprendeu que toda medida experimental tem incerteza, 
seja ela medida direta ou indiretamente. Podemos representar a 
faixa de valores associada à medida de uma grandeza por um 
intervalo de números reais. Quando precisamos comparar duas 
medidas experimentais para saber se há uma boa probabilidade 
das medidas serem consideradas iguais, procuramos ver se há 
interseção entre as faixas que representam essas medidas. 
 
Faça os 2 itens abaixo para a primeira posição b do anteparo. 
 
h) Escreva o intervalo I3 associado à faixa de valores da medida do 
diâmetro da mancha luminosa obtida pelas fórmulas do modelo. 
Escreva o intervalo J3 associado à faixa de valores da medida do 
diâmetro da mancha luminosa obtida da outra forma. Represente 
esses intervalos na semirreta a seguir. TRABALHE COM UMA 
ESCALA RAZOÁVEL. Não se esqueça das unidades! 
 
 
 
 
 
 
 
 X 
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i) Existe interseção entre os intervalos I3 e J3 obtidos no item 
acima? Em caso afirmativo, escreva abaixo o intervalo I3 ∩ J3 
(por exemplo: [1.3 cm, 1.5 cm]) . 
 
 
 
 
 
 
Faça os 2 itens abaixo para a segunda posição b do anteparo. 
 
j) Escreva o intervalo I4 associado à faixa de valores da medida do 
diâmetro da mancha luminosa obtida pelas fórmulas do modelo. 
Escreva o intervalo J4 associado à faixa de valores da medida do 
diâmetro da mancha luminosa obtida da outra forma. Represente 
esses intervalos na semirreta a seguir. TRABALHE COM UMA 
ESCALA RAZOÁVEL. Não se esqueça das unidades! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
k) Existe interseção entre os intervalos I4 e J4 obtidos no item 
acima? Em caso afirmativo, escreva abaixo o intervalo I4 ∩ J4 
(por exemplo: [1.3 cm, 1.5 cm]). 
 
 
 
 
l) Nos itens (i) e (k) você comparou as medidas experimentais 
obtidas pelo modelo proposto com as medidas diretas da 
mancha no anteparo. Discuta a compatibilidade entre seus 
resultados experimentais e o modelo que afirma que os raios 
luminosos se propagam em linha reta em um meio homogêneo.X 
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m) Quais os experimentos da Prática 1 não podem ser explicados 
pela Óptica Geométrica? Como pode-se explicar os 
resultados destes experimentos? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
n) O que acontece com o raio e com a área da mancha no 
anteparo se a distância entre a fonte e o orifício circular 
aumentar em 10%? Faça os cálculos e escreva sua resposta no 
espaço abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Questão 2 (2,0 pontos) 
Leia atentamente a Aula 2 do Módulo 1 de ICF1 e observe a Figura 1. Em cada um 
dos casos abaixo, está representada a incidência de um raio luminoso em uma 
superfície de interface entre dois meios, 1 e 2. Contudo, há em todas as figuras um 
erro no traçado. Nas quatro situações abaixo, identifique claramente onde está o 
erro, justificando detalhadamente no espaço abaixo e apresentando NA PRÓPRIA 
FIGURA como deveria ser a versão correta. Nos desenhos, a interface está 
representada de preto com traçado grosso, a normal N está representada de cinza, o 
raio incidente A de azul, o raio refletido B de verde e o raio refratado C de vermelho. 
Considere n1 < n2, para todos os casos. 
 
 
Figura 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Questão 3 (3,0 pontos) 
Antes de fazer esta questão estude a Aula 2 do Módulo 1 e preste atenção ao 
realizar o experimento 4, pois você trabalhará 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 

1 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. Justifique sua resposta. 
 
 
 
 
 
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. 
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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 4 (3,0 pontos) 
Faça esta questão após estudar a Aula 4 do Módulo 1. Na Sala de Aula Virtual de ICF1, na 
“Aula 4 – 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 
convexo. O eixo do espelho está representado na figura pela reta que passa pelo seu vértice, 
representado pela letra V, e pelo seu centro, representado pela letra C. Considere como escala 
que cada quadradinho tem 1,0cm X 1,0cm. 
 
Figura 3 
 
a) Construa com o método dos raios a imagem do objeto formada pelo espelho e vista 
pelo observador representado na figura 3. Lembre-se que o observador só verá a 
imagem do objeto se os raios refletidos pelo espelho entrarem em seus olhos. Para 
auxiliá-lo listamos os passos que você deve seguir: 
 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 
A 
B 
Objeto 
Observador 
2,0 cm 
Superfície espelhada 
convexas 
Figura 2 
V 
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c) Na figura 3, meça diretamente o módulo do raio (
 R
 = distância do centro C até o 
vértice V) do espelho e o módulo da distância horizontal
 o
 do objeto ao plano AB que 
passa pelo vértice V do espelho. Meça diretamente, também, o módulo da distância 
horizontal
 i
 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 2,0 cm). 
Tabela 1- Medidas diretas 
 o
 [cm] 
δo
 [cm]  R [cm] 
δR
 [cm] 
 i
 [cm] 
i
 [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
. Lembre-se que em um espelho convexo o raio 
R
 do espelho 
deve ser colocado na equação com o sinal negativo e a distância objeto 
o
 com o sinal 
positivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
e) Obtenha a incerteza δi na medida indireta de 
i
 com a seguinte expressão: 
 
di = i 2 4 dR
R2
æ 
è 
ç 
ö 
ø 
÷ 
2
+
do
o2
æ 
è 
ç 
ö 
ø 
÷ 
2
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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f) Transfira para a Tabela 2 os resultados obtidos nos itens d) e e). 
 
 Tabela 2-Medidas indiretas 
 
i [cm]
 
 
d i [cm]
 
 
 
g) Existe interseção entre as faixas de valores para o módulo de 
i
 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.