Pratica 2 parte 1 - wanderson

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Universidade Federal de Pernambuco 
CCEN - Departamento de Física 
Física Experimental 2 – 2020.2 
 
Prática 2 - Parte 1: Experimento 
Otica Geométrica e Polarização da Luz 
Turma: Estudante: wanderson bezerra dos santos 
Material utilizado: Fonte de luz branca, apontador laser, tigela transparente e régua 
Medidas de índice de refração 
O objetivo desta parte da prática é explorar a lei de Snell em experimentos de Ótica 
Geométrica. O estudante medirá o índice de refração da água e o ângulo crítico para 
reflexão interna. 
Medidas do índice de refração da água 
Para medir o índice de refração da água, tentaremos reproduzir a montagem da Fig. 1. Nela 
apresentamos uma tigela cheia de água e incidimos com o feixe de laser em um certo 
ângulo 𝜃1 com a normal. Observando o feixe emergente do outro lado da tigela e usando 
nossos conhecimentos da lei de Snell, podemos medir o índice de refração da água. 
Figura 1. Incidência de um feixe num recipiente com água, com inclinação de 𝜃1 em relação à 
normal. Ao mudar do ar para a água, o feixe refratado faz um ângulo 𝜃2 com a normal, onde 
𝜃2 < 𝜃1. Já o feixe emergente, faz o mesmo ângulo com a normal que o feixe incidente. 
1. Antes de começar o experimento é interessante estudar seus componentes e tentar 
minimizar as fontes de erro. Comece analisando a tigela. Quais características devem 
lhe orientar na escolha da tigela? 
Responda abaixo: 
Observar a espessura das paredes da tigela e o material pois isso influencia 
diretamente no comportamento da luz, 
Quandoa luz sair do ar e passar pela parede da tigela ela sofrerá uma certa 
mudança de direção, e por isso escolhemos uma tigela de mateiral plástico e com as 
paredes bem finas para reduzir esse desvio, e melhorar a precisao do teste, pois a luz 
irá passar pela parede da tigela duas vezes, quando entrar no liquido e após sair, 
podendo influenciar os angulos refratados e emergentes 
Com a tigela cheia de água, incida com o feixe de um lado da tigela e observe tanto o 
feixe refratado, quanto o feixe emergente. Mude o ângulo de incidência e observe como a 
posição do feixe refratado muda. Comente. 
Tire uma foto (ou mais) do seu aparato experimental. É necessário que na foto 
apareça um documento oficial seu com foto. Responda abaixo: 
 
 
2. Meça dez ângulos de incidência e os ângulos de refração correspondentes. Tire uma 
foto do seu experimento e anexe a resposta. Utilizando o SciDAVis, construa um gráfico 
de Sen(ângulo de refração) versus Sen(ângulo de incidência). Ajuste os dados 
experimentais por uma reta. Seu gráfico está consistente com a lei de refração de 
Snell? Explique. 
 
Responda abaixo: 
 
 
 
Quando a luz ou outra onda envolvida é monocromática, isto é, frequência única, a Lei de 
Snell pode também ser expressa em termos de uma razão dos comprimentos de onda do 
raio em cada meio, λ1 e λ2: 
𝑠𝑖𝑛𝜃1
𝑠𝑖𝑛𝜃2
=
𝑣1
𝑣2
=
λ1
λ2
 
 
 
3. Determine o índice de refração da água pela inclinação da reta de ajuste. Use o ajuste 
para achar o seu erro. 
Responda abaixo: 
Utilizando a formula: 𝑵1 ∗ 𝑠𝑖𝑛𝜃1 = 𝑵2 ∗ 𝑠𝑖𝑛𝜃2 
Sabendo que 𝑵1 é o indice de refraçao da luz no ar que é1,0003 atraves da 
enquação acima vamos calcular o valor de N2 para os valores obtidos e estimar o 
valor da refração da água 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Comprimento_de_onda
 
valores de N2 obtidos atraves da formula acima, para determinar o valor 
experimental vamos calcular a media e o desvio padrão: 
 N2=1,366±0,1616 
 
4. Comente sobre o resultado encontrado. 
Responda abaixo: 
O experimnto apresentou um resultado bem próximo do valor geralmente 
usado da refração na água que é de 1,33, porém devido a arredondamento e 
propagação de incertezas que ocorem devido imprecisões de medidas, refração de 
materiais que influenciam em um possivel desvio do valor real experimental, porém 
foi obtdo um valor muito proximo. 
Reflexão interna total 
Neste seção estudaremos a reflexão interna total, que permite compreender 
qualitativamente como a luz pode ser guiada através de uma fibra óptica. 
Imagine a situação de um feixe de luz incidindo em um prisma semicircular, como 
mostrado na Fig. 2. Na Fig.2 observamos como parte do feixe incidente é refletido na 
interface prisma-ar e parte é transmitido, onde 𝜃2 > 𝜃1. A medida que vamos aumentando 
𝜃1, 𝜃2 também aumenta até o ponto onde nenhum feixe é mais transmitido, como mostrado 
na Fig.3. Esse ângulo é chamado de ângulo crítico 𝜃𝑐 e é nesse momento que a reflexão 
interna total começa a acontecer. 
Para uma melhor visualização do fenômeno recomendamos o vídeo: 
https://www.britannica.com/science/total-internal-reflection. 
Vamos agora tentar reproduzir o experimento do prisma semicircular com um recipiente 
côncavo cheia de água e um laser. 
Figura 2. Feixe incidente sobre um prisma semicircular. A figura (a) ilustra o fenômeno de 
reflexão parcial. O feixe incide com um ângulo 𝜃1 em relação à normal. Parte dele é refletido e 
parte é transmitido fazendo um ângulo de 𝜃2 em relação à normal. Na figura (b) a reflexão 
interna total dentro do prisma começa, sendo 𝜃′1 = 𝜃𝑐 . 
1. Explique quais são as condições necessárias para que o fenômeno de reflexão interna 
total aconteça. 
Responda abaixo: 
Para que esse evento ocorra, o ângulo de incidência é maior que o 
angulo limite, chamado ângulo critico. 
2. Antes de começar o experimento é interessante estudar seus componentes e tentar 
minimizar as fontes de erro. Comece analisando o recipiente de água. Quais 
características devem lhe orientar na escolha do recipiente? 
Responda abaixo: 
Foi usado um material com as paredes mais transparentes e finas possiveis, 
de plástico por ter um indice de refração bem menor que o caso fosse utilizado 
vidro, de preferencia que possua uma textura lisa. 
3. Monte um aparato que permita medir o ângulo de reflexão interna total e registre 
numa foto. Determine o maior ângulo para o qual a luz ainda pode ser transmitida 
através da superfície plana da água, obtendo assim o ângulo crítico de reflexão interna 
total para água. Repita o procedimento dez vezes. (Dica: para medir o ângulo de 
incidência cole uma fita crepe na tigela e marque nela a posição quando nenhum feixe 
mais é transmitido, partindo de baixo para cima da circunferência. Para calcular o 
ângulo lembre-se que a circunferência tem 2𝜋𝑟 e corresponde a um arco de 360∘, onde 𝑟 
é o raio da esfera.) 
Tire uma foto (ou mais) do seu aparato experimental. É necessário que na foto 
apareça um documento oficial seu com foto. Responda abaixo: 
 
4. Calcule a média 𝜃𝑐 e o erro padrão 𝛥𝜃𝑐 , usando as equações: 𝜃𝑐 =
1
𝑁
∑ 𝜃𝑐,𝑖
𝑁
𝑖=1 e 𝛥𝜃𝑐 =
√∑ (𝜃𝑐−𝜃𝑐,𝑖)
2𝑁
𝑖=1
𝑁(𝑁−1)
, onde 𝑁 é o número total de medições. Escreva a resposta final na forma 
𝜃𝑐 = (𝜃𝑐 ± 𝛥𝜃𝑐). Neste caso, não é necessário considerar o erro na precisão da escala 
do instrumento de medida, pois o erro estatístico calculado se sobrepõe a este último. 
Responda abaixo: 
𝜃𝑐 = (47,7𝑐 ± 2,6).