Relatório experimento 2 - Refração da luz

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMÁTICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ÓPTICA, ELETRICIDADE E MAGNETISMO
PROFESSOR: MARCOS GAMA
DISCENTE: GUSTAVO DOS SANTOS VILAR
TURMA:10
REFRAÇÃO DA LUZ
CAMPINA GRANDE – PB
2022
4.2.1 Determinação do Índice de Refração de um Material
	 MATERIAL UTILIZADO:	ACRÍLICO
1- Fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
2 - base metálica 8 x 70 x 3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm; 3- superfície refletora conjugada: côncava, convexa e plana;
4 - diafragma com uma fenda;
5 - lente de vidro convergente plano-convexa com Ø = 60mm, DF = 120mm, em moldura plástica com fixação magnética; cavaleiro metálico;
6 - suporte para disco giratório;
7 - disco giratório Ø = 23cm com escala angular e subdivisões de 1°; 8 - perfil em acrílico semicircular.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL - PARTE 1
1. Montar o equipamento conforme foto abaixo (Fig.4-6).
Figura -4-6 Montagem para o experimento Determinação do Índice de Refração de um Ligar a fonte de luz e ajustar o raio luminoso bem no centro do transferidor;
2. Colocar o semicírculo no disco ótico, conforme foto e ajustá-lo no disco ótico de tal modo que o ângulo de incidência seja igual à 0°, e o ângulo de refração também 0º;
3. Girar o disco variando o ângulo de incidência de 10° em 10°. Medir e anotar os valores dos ângulos de refração medidos na tabela abaixo
	Ângulo de incidência (i)
(sugerido)
	sen(i)
	Ângulo de refração (r)
	sen(r)
	sen(i) / sen(r)
	10°
	0,17
	7º
	0,12
	1,41
	20°
	0,32
	14º
	0,24
	1,41
	30°
	0,5
	20º
	0,34
	1,47
	40°
	0,64
	26º
	0,43
	1,48
	50°
	0,76
	31 º
	0,51
	1,49
Tabela 4.4 - Tabela que relaciona os valores de Do e Di a fim de determinar o foco da lente
4. O que representa a razão sen(i) / sen(r):
	Essa razão é conhecida como lei de Snell-Descartes e é fundamental para entender como a luz se comporta ao passar de um meio para outro, como do ar para a água ou do vidro para o ar.
	A lei de Snell-Descartes afirma que a razão sen(i) / sen(r) é igual à razão entre os índices de refração dos dois meios. Em outras palavras, podemos escrever a seguinte equação matemática:
				sen(i) / sen(r) = n₂ / n₁
	Onde n₁ e n₂ são os índices de refração dos meios em que o raio de luz está passando. Essa equação nos permite calcular o ângulo de refração de um raio de luz conhecendo seu ângulo de incidência e os índices de refração dos meios envolvidos.
5. O esperado para este valor é (constante / variável)? Comente.
	A razão sen(i) / sen(r) pode variar com a direção da propagação da luz ou com a orientação do plano de polarização. Nesse caso, a razão sen(i) / sen(r) pode ser variável e dependerá de fatores adicionais, como a direção de propagação da luz, o ângulo de incidência, a orientação do plano de polarização e as propriedades do material.
6. Escrever as leis da refração.
	A primeira lei da refração afirma que um raio de luz que passa de um meio para outro com índices de refração diferentes muda de direção quando atravessa a superfície de separação entre os meios. Isso ocorre porque a velocidade da luz varia com o meio em que ela se propaga, o que faz com que ela mude de direção.
	A segunda lei da refração afirma que a razão entre o seno do ângulo de incidência (o ângulo que o raio de luz faz com a superfície de separação) e o seno do ângulo de refração (o ângulo que o raio de luz faz com a superfície de separação após refratar) é uma constante para um dado par de meios. Essa constante é conhecida como índice de refração relativo e depende das propriedades ópticas dos meios envolvidos.
CONCLUSÃO
	A refração da luz é um fenômeno que ocorre quando um raio de luz atravessa a superfície de separação entre dois meios com índices de refração diferentes. Esse fenômeno é regido por duas leis da refração, que explicam como a luz se comporta nessa situação.
	A primeira lei da refração afirma que a direção da luz muda ao passar de um meio para outro com índices de refração diferentes. Isso ocorre porque a velocidade da luz varia com o meio em que ela se propaga, o que faz com que ela seja refratada quando passa de um meio para outro.
	A segunda lei da refração afirma que a razão entre o seno do ângulo de incidência (o ângulo que o raio de luz faz com a superfície de separação) e o seno do ângulo de refração (o ângulo que o raio de luz faz com a superfície de separação após refratar) é uma constante para um dado par de meios. Essa constante é conhecida como índice de refração relativo e depende das propriedades ópticas dos meios envolvidos. Essa lei é fundamental para entender como a luz se comporta ao passar de um meio para outro.
	A refração da luz tem muitas aplicações práticas, incluindo em lentes e espelhos para formação de imagens, prismas para efeitos ópticos, e na criação de materiais com índices de refração controlados para uso em tecnologia óptica.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1 - PARTE 2
Montar o equipamento conforme foto abaixo (Fig.4-7). Utilizar a mesma montagem experimento anterior.
Figura 4.7 Montagem para o experimentoDeterminação do índice de refração de um material - p2 Fonte:Azeheb,Laboratórios de Física
1. Colocar o semicírculo no disco ótico, conforme a foto, e girar o disco ótico variando o ângulo de incidência de 5° em 5°. Meça e anote os valores dos ângulos de refração na Tabela abaixo
	Ângulo de incidência (i) (sugerido)
	sen(i)
	Ângulo de refração (r) (simulado)
	sen(r)
	sen(i) / sen(r)
	5°
	0,08
	6°
	0,10
	0,8
	10°
	0,17
	14°
	0,24
	0,7
	15°
	0,25
	22°
	0,37
	0,67
	20°
	0,34
	30°
	0,50
	0,67
	25°
	0,42
	39°
	0,66
	0,67
	30°
	0,5
	47°
	0,73
	0,68
	35°
	0,57
	52°
	0,84
	0,67
	40°
	0,64
	74°
	0,96
	0,66
	45°
	0,7
	Limite 
	x
	X
2. Para cada angulo (i), cada angulo (r) calcule na tabela os senos desses e anote.
3. O que representa a razão sen(i)/sen(r) : Indice de refração.
4. O esperado para este valor é (constante / variável). Comente.
	A razão sen(i) / sen(r) pode variar dependendo da direção de propagação da luz e da orientação do plano de polarização. Nesses casos, a razão sen(i) / sen(r) não é constante e pode depender de outros fatores, como o ângulo de incidência, a direção de propagação da luz, a orientação do plano de polarização e as propriedades do material em questão.
5. Por que não foi possível completar a tabela para o ângulo de 45°? Comente.
	
	O fenômeno que ocorre no ângulo de incidência em torno de 45° é a polarização por reflexão. Nesse ângulo, a luz refletida em uma superfície pode se tornar polarizada, o que significa que as ondas de luz vibram em apenas uma direção perpendicular à superfície. Esse fenômeno é utilizado em diversas aplicações, como em filtros polarizadores de câmeras e óculos de sol.
6. Observar novamente o experimento e definir ângulo limite.
		O ângulo limite foi 42º	 
7. Qual o valor do ângulo limite para o acrílico? 42º	
		Para que ocorra reflexão total, duas condições são necessárias:
	A luz deve estar passando de um meio de índice de refração maior para um meio de índice de refração menor, ou seja, o ângulo de incidência deve ser maior do que o chamado "ângulo crítico".
	O ângulo de incidência deve ser maior do que o ângulo crítico, que é definido como o ângulo em que o ângulo de refração se tornaria 90 graus, ou seja, a luz estaria apenas tangenciando a superfície de separação dos meios.
CONCLUSÃO
	A refração da luz ocorre quando um raio de luz atravessa a superfície que separa dois meios com índices de refração diferentes. As leis da refração explicam esse fenômeno:
	A primeira lei estabelece que a luz muda de direção ao passar de um meio para outro com índices de refração diferentes, devido à variação da velocidade da luz nos meios. 
	Já a segunda lei determina que a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é constante para um determinado par de meios. Essa constante é conhecida como índice derefração relativo e depende das propriedades ópticas dos meios envolvidos.
	A refração da luz possui diversas aplicações práticas, tais como na formação de imagens por meio de lentes e espelhos, na criação de efeitos ópticos por meio de prismas e na produção de materiais com índices de refração controlados para uso em tecnologia óptica.
	
4.2.2. Refração da Luz: Lente Convergente
MATERIAL UTILIZADO:
1 - Fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
2 - base metálica 8 x 70 x 3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm; 3 - diafragma com cinco fendas;
4 - lente de vidro convergente plano-convexa com Ø = 60mm, DF = 120mm, em moldura plástica com fixação magnética;
5 - cavaleiro metálico; suporte para disco giratório;
6 - disco giratório Ø = 23cm com escala angular e subdivisões de 1°; 7 - suporte metálico para o disco;
8 - Perfil em acrílico biconvexo;
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1. Montar o equipamento conforme foto abaixo (Fig.4-8).
2. Utilizar a mesma montagem do experimento anterior;
3. Colocar no disco ótico o perfil de acrílico biconvexo;
4. Ajustar o feixe luminoso paralelamente ao eixo principal da lente convergente;
5. Faça o esboço de uma lente convergente, e identifique os elementos principais da lente convergente; Simule o valor do foco medindo com uma régua.
6. Como se chama o ponto de cruzamento do feixe luminoso convergente com o eixo principal da lente convergente?
	O ponto de cruzamento do feixe luminoso convergente com o eixo principal da lente convergente é chamado de ponto focal da lente. 
7. Coloque um papel em branco entre o disco giratório e a lente biconvexa. Ajuste novamente o feixe luminoso como no procedimento.
8. Desenhe no papel a lente e trajetória dos feixes luminosos a fim de determinar o foco da lente. Resultado: f = _	cm.
9. Na lente convergente o foco é real ou virtual? Comente/Descreva
		O foco é real, visto que ele é formado pelos raios verdadeiros 
10. Enuncie e descreva as propriedades do feixe luminoso na lente convergente.
Foco: o feixe convergente pode se encontrar em um ponto focal após atravessar a lente.
Paralelismo: se um feixe paralelo à lente incidir em sua superfície, ele será refratado e convergirá em um ponto focal após atravessá-la.
Convergência: um feixe luminoso que incide em um ponto fora do eixo principal da lente pode ser refratado e convergir em um ponto focal.
Divergência: se um feixe luminoso incide em um ponto dentro do foco da lente, ele será refratado e divergirá ao sair da lente.
Inversão: a imagem formada pelo feixe luminoso após passar pela lente pode ser invertida em relação ao objeto original, dependendo da posição e da distância do objeto em relação à lente.
Conclusão
	Quando um feixe de luz atravessa uma lente convergente, ele sofre refração e converge para um ponto focal. A distância entre o centro da lente e o ponto focal é a distância focal, e a distância entre o objeto e a lente é a distância objeto-lente. A imagem formada pela lente é invertida e real, e o aumento lateral depende da razão entre as distâncias objeto-lente e imagem-lente. Quando o objeto está a uma distância menor que a distância focal da lente, a imagem formada é virtual e direita.
4.2.3 Refração da Luz: Lente Divergente
MATERIAL UTILIZADO:
1. Fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
2. Base metálica 8 x 70 x 3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
3. Diafragma com cinco fendas;
4. Lente de vidro convergente plano-convexa com Ø = 60mm, DF = 120mm, em moldura plástica com fixação magnética; cavaleiro metálico;
5. Suporte para disco giratório;
6. Disco giratório Ø23cm com escala angular e subdivisões de 1º;
7. Perfil em acrílico bicôncavo.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1. Montar o equipamento conforme foto abaixo 
1. Faça o esboço de uma lente divergente, e identifique os seus elementos principais;
2. Como se chama o ponto de cruzamento do feixe luminoso emergente com o eixo principal da lente divergente?
	Esse ponto é chamado de ponto focal virtual da lente divergente. Ele é a posição em que os raios de luz paralelos que incidem na lente divergente parecem se encontrar após refratar e divergir.
3. Desenhe no papel a lente e a trajetória dos feixes luminosos (incluindo a projeção dos raios refratados na direção contrária) a fim de determinar o foco da lente. Simule o valor do foco medindo com uma régua.
4. Na lente divergente o foco é real ou virtual? Comente.
O foco é virtual, visto que o mesmo é formado a partir dos prolongamentos dos raios de luz. 
5. Enunciar as propriedades do feixe luminoso na lente divergente. 
	As propriedades do feixe luminoso na lente divergente são:
		O feixe luminoso é refratado na lente e emerge paralelamente ao eixo principal;
		O feixe luminoso não converge para um ponto, mas parece ter origem em um 			ponto virtual situado atrás da lente;
		A imagem formada é sempre menor do que o objeto original;
		A imagem formada é sempre virtual e direita;
CONCLUSÃO
	A lente divergente é um tipo de lente que dispersa o feixe de luz que passa através dela, resultando em um feixe luminoso que se afasta do eixo principal. Ela tem uma curvatura divergente em ambas as faces, fazendo com que as imagens sejam reduzidas e invertidas. As propriedades do feixe luminoso na lente divergente incluem divergência, diminuição do tamanho da imagem e virtualidade.
Parte inferior do formulário
4.2.4 Distância Focal de uma Lente Convergente
MATERIAL UTILIZADO:
1. Fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
2 - base metálica 8 x 70 x 3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
3 - lente de vidro convergente biconvexa com Ø = 50mm, DF = 50mm, em moldura plástica com fixação magnética;
5 - lente de vidro plano côncava Ø = 50mm, DF = 100mm, em moldura plástica com fixação magnética, 6 - cavaleiros metálicos;
7 - Letra F vazada em moldura plástica com fixação magnética; trena de 2m; 8 - anteparo para projeção com fixador magnético.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1. Montar o equipamento conforme foto abaixo 
2. Colocar na frente da fonte luminosa e a 4cm uma lente convergente de distância focal
5cm. Essa lente é utilizada para iluminar o objeto (letra F);
3. Ligar a fonte de luz;
4. Colocar a letra F na frente da lente e ajustar a posição do objeto para que fique bem iluminado;
5. Ajustar a posição do anteparo para que a imagem projetada fique bem nítida 
6. Medir a distância entre a imagem e a lente. Di = 24,0 cm;
7. Utilizar a equação de Gauss para calcular a distância focal da lente;
8. Medir o comprimento do objeto. O = 1 cm;
9. Colocar os resultados na Tab.4-6 mostrada abaixo e completa-la com os outros valores de D0. na tabela.
	N
	D0 (cm)
	Di (cm)
	f (cm)
	I (cm) 
	O (cm)
	Di / D0
	I/O
	1
	16
	25
	9,75
	1,6
	1,0
	1,56
	1,5
	2
	18
	22
	9,9
	1,3
	1,0
	1,22
	1,3
	3
	20
	19,9
	9,97
	1,1
	1,0
	0,99
	1,1
	4
	22
	18
	9,9
	0,9
	1,0
	0,81
	0,9
	5
	24
	17,2
	10,01
	0,7
	1,0
	0,71
	0,7
	6
	26
	15,8
	9,82
	0,6
	1,0
	0,60
	0,6
Tabela-4.6 Tabela que relaciona os valores medidos de D0 e Di a fim de determinar o foco da lente
10. Calcular o valor médio da distância focal. f = 9,89cm.
11. Di / D0 é igual a I/O? O que isso representa? Explique.
	Essa relação representa a chamada equação do aumento linear transversal de uma lente, que relaciona as distâncias da imagem (Di), do objeto (D0) e os tamanhos da imagem (I) e do objeto (O).
	Essa equação pode ser usada para calcular o aumento linear transversal de uma lente, ou seja, a relação entre o tamanho da imagem e o tamanho do objeto. Se o resultado for maior que 1, significa que a imagem é ampliada em relação ao objeto, enquanto que se for menor que 1, significa que a imagem é reduzida em relação ao objeto.
 
12. A imagem projetada no anteparo é real ou virtual? Real
13. A imagem projetada no anteparo édireta ou invertida? Invertida
14. Utilizando as propriedades do raio luminoso, fazer um desenho mostrando a lente, o objeto e a formação da imagem no anteparo para o D0 = 24cm e informar as características da imagem.
CONCLUSÃO
	A distância focal de uma lente convergente é a distância entre o centro da lente e o ponto focal, onde os raios de luz paralelos se convergem após passar pela lente. É representada pela letra f e é determinada pelas propriedades ópticas da lente, como seu índice de refração e curvatura das superfícies. A distância focal pode ser usada para calcular a ampliação e o tamanho da imagem formada pela lente convergente.
4.2.5 Dióptro Plano
MATERIAL UTILIZADO:
1. Fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
2. Base metálica 8 x 70 x 3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
3. Diafragma com uma fenda;
4. Lente de vidro convergente plano-convexa com Ø = 60mm, DF = 120mm, em moldura plástica com fixação magnética;
5. Cavaleiro metálico;
6. Suporte para disco giratório;
7. Disco giratório Ø23cm com escala angular e subdivisões de 1°;
8. Perfil em acrílico retangular (dióptro plano);
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1. Montar o equipamento conforme foto abaixo.
2. Colocar em um lado do cavaleiro metálico o diafragma com uma fenda e do outro lado uma lente convergente de distância focal 12cm. Ajustar a posição do conjunto para que o filamento da lâmpada fique no foco da lente;
3. Ligar a fonte de luz e ajustar o raio luminoso bem no centro do transferidor;
4. Colocar o dióptro plano no disco ótico, conforme foto e ajustá-lo no disco de tal modo que o ângulo de incidência seja igual a 0°, e o ângulo de refração (ângulo de saída do dióptro) também 0°;
5. Colocar entre o dióptro e o disco ótico uma folha de papel em branco, tentando manter o dióptro o mais alinhado possível, como no procedimento anterior;
6. Girar o disco a fim de obter um ângulo de incidência de 30°;
IMAGEM DO EXPERIMENTO:
CONCLUSÃO
	Dióptro plano é uma superfície plana que separa dois meios com índices de refração diferentes, onde a refração da luz ocorre. A lei de Snell-Descartes é fundamental para entender como a luz se comporta ao passar por um dióptro plano, pois ela determina como o ângulo de incidência e o ângulo de refração estão relacionados. 
	O índice de refração é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio em questão e é usado para calcular o ângulo de refração de um raio de luz ao passar pelo dióptro plano. A partir do ângulo de incidência, é possível calcular o ângulo de refração usando a lei de Snell-Descartes. O dióptro plano é usado em muitas aplicações práticas, incluindo em lentes ópticas, prismas e espelhos.