Relatório 1 - Reflexão da luz docx

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<p>Universidade Federal de Campina Grande</p><p>Centro de Ciências e Tecnologia</p><p>Unidade Acadêmica de Física</p><p>Laboratório de Física Experimental II</p><p>REFLEXÃO DA LUZ</p><p>Aluna: Ranna Theresa dos Santos Cajá</p><p>Turma: 08 Professor: Pedro Luiz Do Nascimento</p><p>Campina Grande - PB</p><p>SUMÁRIO</p><p>1.Introdução……………………………………………………………….….….……………3</p><p>1.1 MATERIAL UTILIZADO ………………………………………………………...7</p><p>1.2 OBJETIVOS ..……………………………………………………………………..7</p><p>1.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL …………………………….……………..8</p><p>2.Desenvolvimento.…………………………………………………….…………………….10</p><p>2.1 DADOS COLETADOS ………………………………………………………….10</p><p>3.Conclusão …………………………………………………………………….……………13</p><p>4.Referências bibliográficas………………………………………………………………...14</p><p>2</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>A reflexão acontece quando um feixe de luz, propagando-se em um dado meio, atinge</p><p>uma superfície e retorna para o meio em que estava se propagando inicialmente.</p><p>Quando um feixe atinge um bloco de vidro, por exemplo, podemos denominar que o</p><p>feixe que se dirige à superfície é denominado de raio de incidência (RI), o qual faz um ângulo</p><p>θi com a normal (N) da superfície no ponto de incidência e um ângulo θr com o raio de</p><p>refletido (RR). Temos ainda a parte que continua a se propagar no vidro que muda de direção</p><p>e é denominado de raio refratado, que forma um ângulo θ2 com a normal à superfície no ponto</p><p>de incidência.</p><p>A reflexão pode ser classificada, pelo meio ou pela superfície de reflexão, tais como:</p><p>● Reflexão interna: É aquela que se faz no lado do meio mais refringente</p><p>● Reflexão externa: É aquela que se faz no lado do meio menos refringente.</p><p>● Reflexão difusa: Esse tipo de reflexão ocorre quando a luz incide sobre uma superfície</p><p>irregular e esta a reflete. Os raios de luz refletidos propagam-se em várias direções</p><p>diferentes.</p><p>● Reflexão especular: Nesse tipo de reflexão, os raios refletidos ficam paralelos uns aos</p><p>outros. É esse tipo de reflexão que forma a imagem de superfícies altamente polidas.</p><p>● Reflexão uniforme: É o tipo que ocorre em corpos brancos, eles refletem com</p><p>intensidade aproximadamente igual, a luz incidente.</p><p>● Reflexão seletiva: É aquela que ocorre em corpos coloridos ou monocromáticos</p><p>iluminados com luz branca, refletem mais intensamente uma componente da luz</p><p>branca.</p><p>É possível enumerar duas leis a respeito da reflexão:</p><p>1ª Lei - O raio incidente, o raio refletido e a normal ao espelho no ponto de incidência estão</p><p>no mesmo plano;</p><p>2ª Lei - O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.</p><p>3</p><p>Espelhos Planos</p><p>Pode-se considerar como um espelho plano, qualquer superfície plana que seja capaz de</p><p>refletir a luz incidente.</p><p>Caso tenhamos um ponto luminoso P colocado diante de um espelho plano, os raios</p><p>provenientes dele sofreram reflexão regular, assim, caso um observador esteja olhando para o</p><p>espelho terá a impressão de que a luz por ele percebida tem origem no ponto P ’, o qual se</p><p>encontra nos prolongamentos dos raios refletidos. Tal como pode ser observado na figura a</p><p>seguir.</p><p>Este ponto P ’ é denominado ponto-imagem, em nosso caso, como P’ é obtido pelo</p><p>prolongamento dos raios refletidos, ele é dito ponto-imagem virtual, sendo então o ponto P, de</p><p>onde realmente os vieram os raios luminoso, denominado ponto-objeto real. Logo, I = O.</p><p>A imagem e o objeto apresentam formas contrárias, assim podemos dizer que, o espelho</p><p>plano não inverte a imagem, mas troca a direita pela esquerda e vice-versa.</p><p>Quando dispomos dois espelhos planos de forma tal a formarem um ângulo agudo α</p><p>entre si, ao colocarmos um objeto entre eles há a formação de várias imagens, isto se deve ao</p><p>fato de que há várias reflexões da luz. Desta forma, podemos calcular o número de imagens</p><p>formadas pela equação:</p><p>𝑁 = 360°</p><p>α − 1</p><p>Porém, esta relação só é válida:</p><p>I. Quando a relação é par, para qualquer que seja a posição do objeto entre os360°</p><p>α</p><p>espelhos.</p><p>4</p><p>II. Quando a relação é ímpar, o objeto deve está exatamente no plano bissetor do360°</p><p>α</p><p>ângulo formado entre os espelhos.</p><p>Espelhos esféricos</p><p>O espelho esférico, ao contrário do plano, possui uma superfície não plana, em forma de</p><p>calota esférica, com uma de suas partes polidas. Se a parte refletora for interna, o espelho é</p><p>côncavo, já se a superfície refletora for externa, o espelho é convexo.</p><p>Sendo tal espelho derivado de uma superfície esférica, temos os seguintes elementos</p><p>geométricos nele representados:</p><p>●C – centro de curvatura do espelho;</p><p>●R raio de curvatura do espelho;</p><p>●V – vértice do espelho (pólo da calota esférica);</p><p>●A – ângulo de abertura do espelho;</p><p>●ep – eixo principal do espelho: reta onde estão situados o centro e o vértice do</p><p>espelho;</p><p>●es – eixo secundário do espelho: toda e qualquer reta que contenha o centro de</p><p>curvatura do espelho (com exceção do eixo principal);</p><p>Além dos elementos citados acima, temos ainda o foco F principal do espelho. O foco</p><p>do espelho esférico é o ponto do eixo principal pelo qual passam os raios refletidos (ou seus</p><p>prolongamentos) quando o espelho sofre a incidência de raios luminosos paralelos ao eixo</p><p>principal.</p><p>Devido a estes elementos, os espelhos esféricos possuem algumas características:</p><p>5</p><p>● Todo raio luminosos que incide num espelho esférico paralelamente ao eixo principal,</p><p>reflete numa direção que passa pelo foco principal F;</p><p>● Todo raio de luz que incide num espelho esférico numa direção que passa pelo foco</p><p>principal F, reflete paralelamente ao eixo principal do espelho;</p><p>● A distância do foco principal F ao vértice V do espelho é denominada distância focal</p><p>representada por f;</p><p>● O foco principal está aproximadamente à meia distância entre o vértice V e o centro de</p><p>curvatura C do espelho. Desta forma, o raio de curvatura é praticamente o dobro da</p><p>distância focal f.</p><p>Vejamos tais comportamentos quando a incidência dos raios luminosos paralelamente</p><p>ao eixo principal do espelho esférico representados nas figuras abaixo. A primeira figura</p><p>retrata um espelho côncavo e a segunda representa um espelho convexo.</p><p>Para os espelhos esféricos temos uma equação que nos indica a relação matemática</p><p>existente entre a posição de um objeto S, sua imagem S’ e a distância focal:</p><p>1</p><p>𝑆 + 1</p><p>𝑆' =</p><p>1</p><p>𝑓 = 2</p><p>𝑟</p><p>Pela análise desta equação notamos que quanto maior for o raio de curvatura do espelho,</p><p>mais se aproxima S de S’, tornando-se assim em praticamente um espelho plano.</p><p>A ampliação m de uma imagem depende da localização do objeto e de sua imagem com</p><p>relação ao espelho, pois isto dará a altura y’ da imagem. Essa ampliação pode ser</p><p>quantificada através da seguinte equação:</p><p>6</p><p>𝑚 = 𝑦'</p><p>𝑦 =− 𝑆'</p><p>𝑆</p><p>Uma observação importante sobre a formação de imagens nos espelhos esféricos é a de</p><p>que quando m for positiva, a imagem é direta, e quando m for negativa, a imagem será</p><p>invertida. Temos ainda: quando o objeto está situado entre o foco e o espelho, a imagem é</p><p>ampliada e direta; quando o objeto estiver situado após o centro de curvatura do espelho, a</p><p>imagem formada será reduzida e invertida.</p><p>1.1. MATERIAL UTILIZADO</p><p>● Fonte de luz branca 12V – 21W;</p><p>● Chave liga-desliga;</p><p>● Alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;</p><p>● Base metálica 8x70x3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;</p><p>● Superfície refletora conjugada: côncava, convexa e plana;</p><p>● Diafragma com cinco fendas;</p><p>● Diafragma com uma fenda;</p><p>● Lente de vidro convergente plano-convexa com Ø60mm, DF 120mm, em moldura</p><p>plástica com fixação magnética;</p><p>● 2 Cavaleiros metálicos;</p><p>● Suporte para disco giratório;</p><p>● Disco giratório Ø23cm com escala angular e subdivisões de 1º;</p><p>● Anteparo para projeção com fixador magnético;</p><p>● Caixa de fósforos;</p><p>● Espelho côncavo Ø5cm e 20cm de distância focal, em moldura plástica com fixação</p><p>magnética;</p><p>● Régua 50cm;</p><p>● Vela.</p><p>1.2. OBJETIVOS</p><p>Objetivo Geral</p><p>7</p><p>Após os experimentos realizados, deveremos ter capacidade de conceituar uma imagem</p><p>virtual e real, além de reconhecer suas características em relação ao objeto.</p><p>1.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>1.3.1. As Leis da Reflexão: Espelhos Planos</p><p>Inicialmente, montou-se o equipamento conforme a ilustração</p><p>4-1 da apostila. Em</p><p>seguida colocou-se o diagrama com uma fenda de um lado do cavaleiro metálico e do outro</p><p>uma lente convergente de distância focal 12cm. Ajustou-se a posição do conjunto para que o</p><p>filamento da lâmpada ficasse no foco da lente. Daí ligou-se a fonte de luz e ajustou-se o raio</p><p>luminoso bem no centro do transferidor. Colocou-se espelho plano no disco ótico e girou-se o</p><p>disco de forma que o ângulo de incidência varie de 10 em 10°. Assim, as medidas foram</p><p>anotadas na tabela 4-1.</p><p>1.3.2. Associação de espelhos planos</p><p>Montou-se o equipamento conforme a figura 4-2 da apostila. Colocou-se um espelho</p><p>plano no eixo 0° e o outro formando 60° com o primeiro, e foi colocado um objeto no centro</p><p>dos espelhos com finalidade de observar quantas imagens são formadas. Os ângulos foram</p><p>variando e o número de imagens foi anotado na tabela 4-2.</p><p>1.3.3. Reflexão da luz em espelhos côncavos</p><p>A montagem do equipamento foi a mesma que a do primeiro experimento, mas</p><p>colocou-se no disco ótico o espelho côncavo. Substituiu-se o diafragma de uma fenda pelo o</p><p>diafragma de 5 fendas e a fonte de luz foi ligada. A lente convergente foi posicionada para</p><p>que os feixes fiquem paralelos entre si. Assim como, o feixe luminoso foi ajustado</p><p>paralelamente ao eixo principal do espelho côncavo. Daí realizou-se o experimento.</p><p>1.3.4. Reflexão da luz em espelhos convexos</p><p>Utilizou-se a mesma montagem que o experimento anterior, mas colocou-se no disco</p><p>ótico o espelho convexo. O feixe luminoso foi ajustado paralelamente ao eixo principal do</p><p>espelho convexo. Daí realizou-se o experimento.</p><p>1.3.5. Distância focal de um espelho côncavo</p><p>8</p><p>Montou-se o equipamento de acordo com a ilustração 4-5 da apostila. Utilizou-se um</p><p>espelho côncavo de distância focal 20cm e projetou-se a imagem da vela acesa no anteparo.</p><p>Colocou-se o espelho a uma distância de 50cm da vela e o anteparo foi ajustado para que a</p><p>imagem projetada ficasse bem nítida. Mediu-se a distância da imagem ao espelho e com uso</p><p>da equação de Gauss, anotou-se a distância focal na tabela 4-3.</p><p>9</p><p>2. DESENVOLVIMENTO</p><p>2.1. DADOS COLETADOS</p><p>2.1.1. As leis da reflexão: espelhos planos</p><p>Ângulo de incidência (I) Ângulo de reflexão (R)</p><p>0° 0°</p><p>10° 10°</p><p>20° 20°</p><p>30° 30°</p><p>40° 40°</p><p>50° 50°</p><p>60° 60°</p><p>70° 70°</p><p>Tabela 1</p><p>Com análise da tabela, é possível perceber que o ângulo de incidência e o ângulo de</p><p>reflexão são sempre iguais. Isso se dá ao fato de que na reflexão, como não há mudança de</p><p>meio do raio incidente, ele atinge o objeto e volta para o mesmo meio, o raio é refletido com</p><p>as mesmas características em que foi incidido.</p><p>2.1.2. Associação de espelhos planos</p><p>Ângulo entre espelhos N teórico N medido</p><p>120° 11 11</p><p>90° 7 7</p><p>60° 5 5</p><p>45° 3 3</p><p>30° 2 2</p><p>Tabela 2</p><p>O valor teórico foi obtido a partir da equação . Como mostrado na tabela,𝑁 = 360°</p><p>α − 1</p><p>os valores do número de imagem teórico e o número de imagem medido foram iguais. Caso</p><p>os dois espelhos fossem colocados em paralelo, haveria formação de infinitas imagens, pois</p><p>10</p><p>utilizando a equação, o ângulo entre os espelhos (α) tenderia a zero, assim aplicando o limite,</p><p>o resultado é infinito.</p><p>2.1.3. Reflexão da luz em espelhos côncavos</p><p>Os elementos principais do espelho côncavo foram identificados no desenho que foi</p><p>feito em sala. O ponto de cruzamento do feixe refletido com o eixo principal do espelho é o</p><p>foco, que no caso do espelho côncavo o foco é real.</p><p>As propriedades do raio luminoso do espelho côncavo são:</p><p>● Um feixe de luz que incide paralelamente ao eixo principal de uma lente se reflete</p><p>passando pelo foco F do espelho. Pelo princípio da reversibilidade da luz faz-se possível</p><p>afirmar que todo raio de luz que incide passando por F, reflete-se paralelamente ao eixo</p><p>principal.</p><p>● Um raio de luz que incide passando pelo centro de curvatura reflete-se sobre si mesmo.</p><p>● Um raio de luz que incide no vértice do espelho é refletido simetricamente em relação</p><p>ao eixo principal.</p><p>2.1.4. Reflexão da luz em espelhos convexos</p><p>Os elementos principais do espelho convexo foram identificados no desenho que foi</p><p>feito em sal. O ponto de cruzamento do feixe refletido com o eixo principal do espelho é o</p><p>foco. Que no caso do espelho convexo o foco é virtual, pois as imagens são formadas pela</p><p>prolongação dos raios refletidos.</p><p>As propriedades do raio luminoso do espelho convexo são:</p><p>● Um feixe de luz que incide paralelamente ao eixo principal de uma lente se reflete</p><p>passando pelo foco F do espelho. Pelo princípio da reversibilidade da luz faz-se possível</p><p>afirmar que todo raio de luz que incide passando por F, reflete-se paralelamente ao eixo</p><p>principal.</p><p>● Um raio de luz que incide passando pelo centro de curvatura reflete-se sobre si mesmo.</p><p>● Um raio de luz que incide no vértice do espelho é refletido simetricamente em relação</p><p>ao eixo principal.</p><p>2.1.5. Distância focal de um espelho côncavo</p><p>11</p><p>N Do (cm) Di (cm) f (cm)</p><p>1 50 32,0 19,51</p><p>2 45 33,0 19,04</p><p>3 42 35,0 19,09</p><p>4 37 58,0 22,59</p><p>Tabela 3</p><p>Utilizando a equação de Gauss , preencheu-se os valores da distância1</p><p>𝑓 = 1</p><p>𝐷</p><p>0</p><p>+ 1</p><p>𝐷</p><p>𝑖</p><p>focal. O valor médio da distância focal foi de 20,06cm. Pode-se perceber que a imagem</p><p>projetada no anteparo era real e invertida, após a análise do experimento.</p><p>12</p><p>3. CONCLUSÃO</p><p>Após os experimentos, foi possível comprovar as Leis de reflexão e que o ângulo de</p><p>incidência é sempre igual ao ângulo de reflexão.</p><p>Na associação de espelhos planos, o número de imagens que se pode obter com a</p><p>variação de ângulo entre os espelhos se manteve o mesmo para o teórico, tanto para o medido.</p><p>A reflexão da luz em espelhos côncavos e convexos mostrou os elementos do espelho e</p><p>a partir daí, determinar a natureza da imagem obtida e comportamento dos raios luminosos</p><p>quando a luz incide nos espelhos.</p><p>Na determinação da distância focal de um espelho côncavo, reuniu todas as informações</p><p>dos experimentos anteriores e com ajuda da equação de Gauss, a distância focal foi</p><p>determinada para várias distâncias entre o objeto e o espelho.</p><p>13</p><p>4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>Halliday, David; Resnick, Robert; Walker Jearl; trad. de Biasi, Ronaldo Sérgio. Fundamentos</p><p>de Física. vol.4. Rio de Janeiro: LTC, 2003.</p><p>Nussenzveig, H. M. – Curso de Física Básica: Ótica, Relatividade e Fisica Quântica; vol.4.</p><p>São Paulo: Blucher 1998.</p><p>Apostila de física experimental II</p><p>http://www.explicatorium.com/cfq-8/reflexao-da-luz.html</p><p>14</p><p>http://www.explicatorium.com/cfq-8/reflexao-da-luz.html</p>