Introdução às Ciências Físicas AD1 CFET/UFF - CEDERJ

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IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I
1o Semestre de 2016 AD1 de ICF1
 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 quatro (4) questões. As questões devem ser resolvidas a partir dos conceitos 
definidos das leis da Óptica Geométrica. Ela deve ser entregue no polo até as 15h do dia 24 de 
fevereiro (4a-feira). Se ela for enviada por correio, ela deve ser postada até d ia 22 de 
fevereiro. 
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) Segundo este modelo, qual o novo tamanho da AŔEA da mancha (comparada à original) 
se a distância entre a fonte e o anteparo for REDUZIDA A um terço do valor inicial? E se for 
Profs. Lúcia Coutinho e Sergio Jorás
Questão Nota Rubrica
1a
2a
3a
4a
Total
1
UFRJ
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REDUZIDA DE um terço do valor inicial? Faça abaixo as contas necessárias para justificar 
suas respostas. 
c) Escreva as fórmulas utilizadas para se obter a incerteza experimental do diâmetro da 
mancha luminosa obtida com a fórmula do modelo.
d) 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 e suas unidades.
Tabela 1
e) Calcule com a fórmula do item a os diâmetros das manchas. Transfira-as para a Tabela 2. 
Utilize a primeira linha da tabela para identificar as medidas.
f) Calcule as incertezas experimentais associadas aos diâmetros das manchas luminosas 
obtidos no item d e transfira-as para a Tabela 2.
Tabela 2
g) 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 
Profs. Lúcia Coutinho e Sergio Jorás
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SUAS INCERTEZAS EXPERIMENTAIS na Tabela 3. Utilize a primeira linha da tabela para 
identificar as medidas e suas unidades.
Tabela 3
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. Quando precisamos comparar duas medidas experimentais 
para saber se há uma boa probabilidade das medidas serem consideradas iguais, procuramos 
ver se há interseção entre as faixas que representam essas medidas. 
FAÇA OS ITENS h E i PARA A PRIMEIRA POSIÇÃO DO ANTEPARO.
h) 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.
I3=
J3 = 
i) Existe interseção entre os intervalos I3 e J3 obtidos em g? Em caso afirmativo, escreva
FAÇA OS ITENS j E k PARA A SEGUNDA POSIÇÃO DO ANTEPARO.
j) 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.
I4=
J4 = 
k) Existe interseção entre os intervalos I4 e J4 obtidos no item i? Em caso afirmativo escreva
Profs. Lúcia Coutinho e Sergio Jorás
X
X
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l) Nos itens h e j você comparou as medidas experimentais obtidas pelo modelo proposto 
com as medidas diretas da mancha no anteparo. Conclua sobre a compatibilidade entre 
seus resultados experimentais e o modelo que afirma que os raios luminosos se propagam 
em linha reta em um meio homogêneo.
m) Quais experimentos da Prática 1 não podem ser explicados pela Óptica Geométrica? 
Explique a sua resposta. 
Questão 2 (1,0 ponto) 
Faça esta questão após estudar a Aula 3 do Módulo 1.
Responda às questões abaixo:
a) Por que a luz branca se divide em várias cores ao atravessar um prisma?
b) Um ponto luminoso emite incontáveis raios luminosos, em todas as direções. Qual 
a condição necessária para que consigamos ver esse ponto?
c) Podemos ver um objeto que não emite luz. O que é necessário para que isso 
aconteça?
d) Uma calota lisa e polida forma um espelho esférico. Como definimos, a partir dessa 
calota, um espelho convexo? E um espelho côncavo?
e) Para traçarmos um raio refletido em uma superfície, temos que traçar a normal à 
superfície no ponto onde o raio incidente a tocou. No caso de uma superfície plana, 
qual a direção da normal? E no caso de uma superfície esférica, qual a direção da 
normal?
Profs. Lúcia Coutinho e Sergio JorásIF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I
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Questão 3 (3,0 pontos)
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.
Considere o raio de luz monocromático azul, horizontal, desenhado na Figura 1 abaixo, 
incidente em objeto transparente esférico (com centro no ponto X), de índice de refração n 
desconhecido. O raio refratado para dentro do objeto também está desenhado na figura abaixo. 
O meio externo é ar, cujo índice de refração é aproximadamente 1,0. 
a) Desenhe a reta normal à superfície da esfera no ponto A, onde a luz entra no objeto. 
b) Indique no desenho e meça com transferidor o ângulo de incidência no ponto A. 
c) Indique no desenho e meça com transferidor o ângulo de refração no ponto A. 
d) Usando a Lei de Snell, calcule o índice de refração do objeto esférico. 
e) Determine o ângulo de reflexão do raio incidente no ponto A e desenhe o raio refletido 
correspondente. 
f) Desenhe a reta normal à superfície da esfera no ponto B, onde a luz sai da gota.
g) Indique no desenho e meça com transferidor o ângulo de incidência da luz no ponto B.
h) Usando a Lei de Snell, calcule o ângulo de refração quando a luz sai da gota no ponto 
B.
i) Desenhe o raio refratado com este ângulo.
j) Determine o ângulo de reflexão do raio refletido para dentro da gota no ponto B. 
k) Desenhe o raio refletido com o ângulo calculado no item anterior. 
l) Indique na figura, QUALITATIVAMENTE (isto é, não é preciso calcular nem utilizar o 
valor numérico exato), os raios REFLETIDO e REFRATADO no ponto A se a luz 
incidente fosse VERMELHA. Os novos ângulos de reflexão e de refração seriam 
menores, iguais ou maiores que os anteriores? Justifique. 
Profs. Lúcia Coutinho e Sergio Jorás
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 A B
 Figura 1
Profs. Lúcia Coutinho e Sergio Jorás
X
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Questão 4 (2,0 pontos) 
Faça esta questão após estudar a Aula 4 do Módulo 1. Na Sala de Aula Virtual de ICF1, na 
“Aula 4 – Módulo 1” há um exemplo de como trabalhar com espelhos esféricos onde a solução 
é feita passo a passo.
A Figura 2 abaixo mostra um espelho esférico côncavo com vértice em V e seu centro em C. 
Um objeto com a forma de uma seta vertical é colocado na sua frente, mais afastado do que o 
centro. A base da seta coincide com o eixo do espelho.
Considere como escala que cada quadradinho meça 1,0cm X 1,0cm.
Figura 2
a) Construa com o método dos raios a imagem do objeto formada pelo espelho. Para 
auxiliá-lo listamos três passos que você deve seguir:
 Trace o primeiro raio saindo da extremidade de cima do objeto (seta) passando pelo 
centro do espelho (ponto C) até atingir o espelho. Este raio coincide com a reta 
normal no ponto em que ele toca o espelho. Por isso, seu ângulo de incidência e de 
reflexão serão 0o. O raio refletido coincide, neste caso, com o incidente.
 Determine a localização do foco: ele está no eixo do espelho e equidistante do 
centro C e do vértice V. Trace o segundo raio saindo do mesmo ponto (extremidade 
de cima do objeto) passando pelo foco, até atingir o espelho. Deste ponto, trace um 
raio refletido horizontalmente até cruzar o raio traçado no passo anterior. 
 Saindo também da extremidade de cima do objeto, trace um raio horizontal até o 
espelho. Deste ponto, trace o raio refletido passando pelo foco, até cruzar os raios 
traçados nos itens anteriores. 
A interseção dos três raios traçados indicará a posição da imagem do ponto de onde eles se 
originam, ou seja, a extremidade superior da seta (objeto). A posição da imagem da base da 
seta estará sobre o eixo do espelho. Assim, a imagem completa do objeto pode ser facilmente 
determinada.
Note que NÃO é necessário fazer todos os três passos descritos acima, pois a interseção de 
dois deles já determina a posição da imagem. Se seus três raios não se interceptam no mesmo 
ponto, tente ser mais cuidadoso com o traçado.
b) A imagem formada é real ou virtual? Justifique.
Profs. Lúcia Coutinho e Sergio Jorás
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c) Na figura 2, meça diretamente a distância (o) entre a base do objeto e o vértice do 
espelho (V) e a distância (i) da base da imagem até vértice do espelho (V). Meça 
diretamente, também, o módulo do raio do espelho (R): é a distância entre o centro (C) 
e o vértice (V) do espelho. Transfira para a Tabela 1 as medidas obtidas (por exemplo, 
se a sua distância tem 2 quadrados ela vale 2,0 cm) JUNTAMENTE COM SUAS 
INCERTEZAS EXPERIMENTAIS.
Lembre-se da CONVENÇÃO DE SINAIS: um espelho convergente tem e uma 
imagem real tem . O sinal de é sempre positivo, pois o objeto é sempre real.
Tabela 1- Medidas diretas
 (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm)
d) Calcule o aumento transversal, dado por , a partir dos dados da Tabela 1. O 
que o sinal de indica sobre a direção da imagem da seta? Isso é compatível com o que 
você obteve ao determinar a imagem graficamente?
 
e) Calcule a distância horizontal da imagem ao vértice do espelho, utilizando a equação dos 
espelhos esféricos na aproximação paraxial, que é dada por . 
f) Obtenha a incerteza na medida indireta de com a seguinte expressão:
g) Transfira para a Tabela 2 os resultados obtidos nos itens e) e f).
Tabela 2-Medidas indiretas
 (cm) (cm)
Profs. Lúcia Coutinho e Sergio Jorás
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h) Os valores indicados para nas tabelas 1 e 2 são compatíveis entre si ou não? 
Justifique sua resposta. 
 
Profs. Lúcia Coutinho e Sergio Jorás
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