Relatório 2 - MEDIDA DO ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO VIDRO DE UM PRISMA (1)

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Universidade Federal da Bahia
Instituto de Física
Departamento de Física do Estado Sólido
FISD39 - Física Geral Experimental IV - P03
Docente: Victor Mancir da Silva Santana
Discentes:Guthemberg Sousa Rodrigues Ferreira, Lucas Carlos
Conceição Santos e Yuri Vinicius Cavalcante Moura
Experimento 2: Medida do índice de refração do vidro
de um prisma
Salvador
Outubro / 2022
Instituto de Física – Universidade Federal da Bahia - Semestre 2022.2
Objetivo: Esse procedimento tem por objetivo tanto aplicar a Lei de Snell-Descartes
para o par de meios ar-prisma, quanto determinar o índice de refração de um prisma
e o ângulo de incidência a partir do qual ocorre a reflexão interna total (ângulo
crítico).
Introdução A óptica geométrica é o ramo da física que explica os fenômenos
relacionados à luz através da geometria (pelo modelo adotado por esse ramo da
física a luz se propaga em trajetórias retilíneas em meios homogêneos). Sabendo
isso é importante destacar que ao estudar a óptica geométrica nos deparamos com
duas leis fundamentais, sendo elas a lei da refração e a lei da reflexão. Para
observamos isso, utilizamos o espectrômetro.
O espectrômetro é um dispositivo de medição que permite decomposição de um
raio ou um feixe de íons para que possa ser feita a análise dos componentes
elementares do seu espectro. Sendo assim, o espectrômetro pode ser usado com o
intuito de identificar materiais ou moléculas.
A refração é o nome dado ao fenômeno que ocorre quando a luz, ao cruzar a
fronteira entre dois meios, sofre uma variação em sua velocidade de propagação e
em sua direção passando de um meio para outro. É importante destacar que
durante a refração define se para os meios homogêneos e transparentes, um
número chama do índice de refração, que pode ser calculado matematicamente por:
n =
𝑐
𝑣
Onde: (n) é o índice de refração, (c) é a velocidade de propagação da luz no vácuo,
e (v ) é a velocidade de propagação no meio considerado.
Ao conhecer o fenômeno da refração, devemos também conhecer a lei da refração,
conhecida como Lei de Snell-Descartes, que nos enuncia que ‘’na refração, o
produto do índice de refração do meio, no qual se encontra o raio pelo seno do
ângulo que esse raio forma com a reta normal à interface no ponto de incidência, é
constante, sendo assim o raio refratado pertencente ao plano de incidência ”. Ou
seja, podemos definir matematicamente essa lei como:
Sen = Sen𝑛
1
θ
1
𝑛
2
θ
2
Onde: (𝑛) é o índice incidência, (𝜃1) o ângulo de incidência, (𝑛) o índice de refração,
e (𝜃2) o ângulo de refração.
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A reflexão total da luz é um fenômeno que ocorre quando a luz incide sobre uma
superfície, do maior para o menor índice de refração, através do ângulo crítico (𝜃c) e
é completamente refletida. Destaca-se que esse fenômeno só ocorre quando o
ângulo de incidência for maior que o ângulo crítico. O ângulo limite para que ocorra
o fenômeno da reflexão total pode ser determinado pela lei de Snell-Descartes.
Sen =θ
𝑐
𝑛
𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟
𝑛
𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟
Onde (n) é o índice de refração e (𝜃c) é o ângulo crítico.
A partir da compreensão desses conceitos e os aparelhos utilizados, foi possível
medir os ângulos. Além disso, neste documento serão apresentados os
procedimentos de como alcançar os resultados, e explicar a metodologia envolvida.
Será apresentado também os resultados alcançados por meio do experimento
realizado.
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Folha de Cálculo:
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● Gráfico para curva de dispersão n2(λ)
● Gráfico da curva de calibração do espectrômetro:
Nos gráficos confeccionados por nós, notou-se um problema para as medidas feitas
para as cores laranja e verde, o que dificultou a relação que queríamos mostrar.
Tínhamos por objetivo, com o gráfico para o coeficiente de refração pelo
comprimento de onda, mostrar que a velocidade das componentes da luz ao
adentrarem no prisma percorrem caminhos com velocidades diferentes, o que é
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evidenciado pelos diferentes índices de refração encontrados e com a relação
encontrada pelo gráfico de dispersão deveríamos encontrar um conjunto de pontos
que nos apontasse uma relação que aproximadamente linear (acreditamos que
observarmos isto num primeiro momento), pois como vimos nas explicações iniciais
do presente no roteiro, os índices de refração da luz num prisma deveriam ser
relativamente próximos mas inversamente proporcionais ao comprimento de onda
da componente da luz estudado, isto é, quanto maior o comprimento de onda da
cor, menor deveria ser o coeficiente de refração, o que não aconteceu para o verde
e o laranja. Deste modo, nosso objetivo foi frustrado pois queríamos, com o primeiro
gráfico, mostrar e explicar que tal curva nos indica a permissividade, por assim de
dizer, do meio a propagação de onda com este comprimento de onda, pois, como
sabemos que o índice de refração nos fornece informações sobre a variação da
velocidade da luz entre dois meios, sabemos que quanto mais próximo da unidade o
índice de refração é, mais permissivo o prisma seria a propagação da onda com tal
comprimento de onda.
Com o segundo gráfico, que apresentou o mesmo problema pois usamos as
mesmas medidas experimentais para calcular o ângulo de desvio, queríamos
mostrar a relação existente entre os ângulos em que as componentes da luz
estudada são desviadas com seus respectivos comprimentos de onda, com a curva
fornecida por este gráfico, poderíamos fazer inferência e encontrar feixes de luz com
comprimento de ondas intermediários aos usados nos experimentos. Pois, como
sabemos que cada feixe de luz com um comprimento específico vai ser desviado
por um certo ângulo característico ao adentrar ao prisma, sabendo este ângulo de
desvio, podemos saber qual o comprimento da onda de luz em questão. Então,
imaginando que no experimento que realizados, após realizar as medidas feitas
para a lâmpada de mercúrio, trocássemos a fonte de luz (que neste caso era uma
lâmpada de mercúrio) por uma outra qualquer a qual não tínhamos conhecimento
do seu espectro de emissão, poderíamos, utilizando os dados obtidos para a
lâmpada de mercúrio e com as medidas dos ângulos R e T, encontramos o
comprimento de onda de cada linha do espectro de emissão da fonte de luz que
introduzimos no nosso sistema.
Discussão Final:
Por fim, acreditamos que os problemas encontrados nas medidas para o verde e o
laranja podem ter sido decorrentes de alguma choque que o sistema possa vir a ter
sido submetido e nós não percebendo ou alguma alteração na posição do prisma
que não passou pela devida atenção, não acreditamos que esta grande diferença
encontrada são decorrente de leituras erradas, por conta da tamanha discrepância
encontrada. Infelizmente não conseguimos demonstrar as relações físicas da
maneira gráfica desejada, por conta dos erros anteriormente apresentados mas
acreditamos que este presente relatório mostrou-sede grande importância pois, por
conta do problema apresentado na determinação dos dados almejados, foi
demandada certa investigação extra do fenômeno físico estudado para a
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determinação dos possíveis problemas encontrado pela equipe durante a aquisição
de dados que explicassem tamanha discrepância nas quantidades calculadas para
certas cores do espectro de emissão da lâmpada de mercúrio.
Referências Bibliográficas
Alencar, F.J.C. Lei de Snell-Descartes. Disponível em <https://www.infoescola.com/
fisica/lei-de-snell-descartes/>.
Halliday, D; Resnick, R; Walker, J . Fundamentos de Física – Vol. 4. 8ª ed. São
Paulo:Livros Técnicos e Científicos Editora, 2011.
Leis da Refração da Luz" em Só Física. Virtuous Tecnologia da Informação,
2008-2018.
Disponível<http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Refracaodaluz/leis_de
_refracao.php>
TIPLER, Paul A.; MOSCA, Gene, Física para Cientistas e Engenheiros - Vol. 2, 5ª
ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006.
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http://www.sofis