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IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2012 AD1 de ICF1 Profas Ana Maria Senra Breitschaft e Érica Ribeiro Polycarpo Macedo 1 AD1 de ICF1 Nome:________________________________ Polo:_________________________________ 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 três (3) questões. As questões devem ser resolvidas a partir dos conceitos definidos das leis da Óptica Geométrica. Ela deve ser entregue no polo até as 20h do dia 24 de agosto (sexta-feira). Se ela for enviada por correio, ela deve ser postada até dia 22 de agosto. 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 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. Questão Nota Rubrica 1a 2a 3a Total UFRJ IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2012 AD1 de ICF1 Profas Ana Maria Senra Breitschaft e Érica Ribeiro Polycarpo Macedo 2 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. 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 no item 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 IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2012 AD1 de ICF1 Profas Ana Maria Senra Breitschaft e Érica Ribeiro Polycarpo Macedo 3 g) Você aprendeu que toda medida experimental tem incerteza, seja ela medida diretamente ou indiretamente. Podemos representar a faixa de valores associada à medida de uma grandeza por um intervalo de números reais. Os intervalos I1 = [19,5, 20,5](em cm) e I 2 = [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 I 2 = [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 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. j) Existe interseção entre os intervalos I3 e J3 obtidos em i? Em caso afirmativo escreva I3 J 3 . Faça os itens k e l para a segunda posição b do anteparo. k) 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. l) Existe interseção entre os intervalos I4 e J4 obtidos no item k? Em caso afirmativo escreva I 4 J 4. m) Os resultados experimentais que você obteve estão compatíveis com o modelo que afirma que os raios luminosos se propagam em linha reta em um meio homogêneo? Justifique sua resposta baseando-se nos itens g e h e nas interseções obtidas nos itens j e l. n) Quais os experimentos da Prática 1 não podem ser explicados pela Óptica Geométrica? Explique a sua resposta. X X IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2012 AD1 de ICF1 Profas Ana Maria Senra Breitschaft e Érica Ribeiro Polycarpo Macedo 4 Questão 2 (3,0 ponto) Antes de fazer esta questão estude a Aula 2 do Módulo 1 e veja os vídeos “Fibras Ópticas” e “A propagação da luz na atmosfera” que estão disponíveis na Sala de Aula Virtual de ICF1 e também nas páginas do Youtube: 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. A figura 2 mostra o corte transversal de uma lente de vidro formada por uma superfície plana AB e por uma superfície cilíndrica AB cujo centro está em C. O índice de refração do ar vale 1,0 e o índice de refração da lente vale 1,6. Um raio luminoso (raio 1) incide no ponto O formando um ângulo de incidência q1 = 0° com a normal a este ponto. a) Desenhe a normal no ponto O. b) Desenhe o raio 1 que incide na superfície plana AB da lente no ponto O. c) Denominaremos o raio refratado na superfície plana AB de raio 2. Desenhe o raio 2 na figura 2. d) Desenhe a normal à superfície cilíndrica AB no ponto onde o raio 2 incide. e) Meça com um transferidor o ângulo de incidência do raio 2 na superfície cilíndrica AB, e anote seu valor aqui. Indique esse ângulo no desenho como q2 . f) Denominaremos o raio refletido na superfície cilíndrica AB de raio 3. Desenhe o raio 3 na figura 2, indicando o ângulo de reflexão q3 . g) Calcule o ângulo q4 de refração para o raio 2 na superfície cilíndrica AB. h) Denominaremos esse raio refratado de raio 4. Desenhe o raio 4 na figura 2, indicando também o ângulo q4 . i) Qual o maior valor possível para o ângulo q2 de incidência do raio 2 na superfície cilíndrica AB para que ainda haja o raio refratado nesse ponto? IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2012 AD1 de ICF1 Profas Ana Maria Senra Breitschaft e Érica Ribeiro Polycarpo Macedo 5 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 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. 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) 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 C A B Objeto Observador 2,0 cm Superfície espelhada convexa Figura 3 V IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2012 AD1 de ICF1 Profas Ana Maria Senra Breitschaft e Érica Ribeiro Polycarpo Macedo 6 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] id [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 se 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 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. Questão Nota Rubrica 1a 2a 3a Total Nome:____________
