experimento prismas disperção da luz laboratorio de fisica 3

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Universidade Estadual do Norte F luminense Darcy Ribei ro - U E N F 
Centro de C iências Tecnológicas ± C C T 
Laboratório de C iências F ísicas ± L C F IS 
 
 
 
 
 
 
A dispersão da Luz ± Os prismas 
 
Discente: Carolina Moraes de Araújo 
 Docente: Juraci Sampaio 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Campos dos Goytacazes, 22 de abril de 2011 
Juraci Aparecido Sampaio
Nota 9,5
Universidade  Estadual  do  Norte  Fluminense  Darcy  Ribeiro  
  
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Índice: 
1. IN T R O DU Ç Ã O .......................................................................3 
2. O BJE T I V OS............................................................................3 
3. F UND A M E N T OS T E Ó RI C OS.............................................3 
4. M A T E RI A IS UT I L I Z A D OS...................................................6 
5. PR O C E DI M E N T OS...............................................................6 
6. R ESU L T A D OS E DISC USSÕ ES..........................................7 
7. C O N C L USÕ ES........................................ ...............................9 
8. R E F E R Ê N C I AS B IB L I O G R Á F I C AS..................................9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.Introdução 
 
A luz solar é composta por fótons dos mais variados comprimentos 
de onda. A luz composta por fótons de apenas um comprimento de onda, 
damos o nome de luz monocromática. A luz solar é, portanto, uma luz 
policromática. [1] 
O índice de refração de um determinado meio depende do 
comprimento de onda da luz. Por exemplo, a luz violeta é aquela para o 
qual um meio como o vidro tem o maior índice de refração. A luz vermelha 
é aquela que tem o menor índice de refração. Como conseqüência disso a 
luz solar ao incidir sobre um dioptro plano sofrerá uma dispersão da luz. 
Isso porque, ao incidir na superfície de separação de dois meios cada luz 
monocromática (violeta, anil, azul, verde, amarela, alaranjada e vermelha) 
que compõe a luz solar tomará direções diferentes dentro do outro meio. 
Como resultado, temos uma decomposição da luz em diversas 
componentes monocromáticas que a constitui. Temos assim, a dispersão da 
luz.[1] 
 
2.Objetivos 
 
x O objetivo do experimento foi descrever o que ocorre com a 
luz passando por um prisma; 
x Observar o que ocorre com a luz ao penetrar 
perpendicularmente a superfície de um prisma de 90° e de 60º; 
x Observar o que ocorre com um prisma diante de um feixe de 
luz incidente, policromático; 
x Relacionar o índice de refração de um dado material com a 
freqüência de luz incidente; 
 
3.Fundamentos Teóricos 
 
O prisma óptico se constitui num dispositivo simples e que encontra 
um número muito grande de aplicações em sistemas ópticos. Trata-se de 
um arranjo no qual dois dioptros planos são associados de tal forma que as 
superfícies planas não são dispostas paralelamente entre si formando um 
ângulo diferente de zero. As superfícies dioptricas e se constituem nas 
faces do prisma (figura 1).[2] 
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Figura1.Faces do prisma. 
 
A intersecção das duas faces do prisma é a aresta do mesmo. O ângulo de 
refringência do prisma é o ângulo entre as duas faces polidas do mesmo 
(ângulo ). [2] 
Define-se ainda a seção principal do prisma como a seção por um 
plano perpendicular às suas faces. 
Às vezes, uma face do prisma não é polida e não pode ser utilizada como 
superfície ótica. Seria a superfície utilizada para apoio indicada por S3 na 
figura 1. [2] 
Ao incidir sobre uma das faces do prisma, a luz constituída de um só 
comprimento de onda segue um trajeto análogo àquele mostrado na figura 
acima. Na primeira face a luz experimenta uma refração. A relação entre os 
ângulos de incidência ( ) e refração ( ) nessa primeira face é dada pela 
Lei de Snell-Descartes 
 [2] 
 
Na face dois a luz experimenta outra refração e a relação entre o novo 
ângulo de incidência ( ) e o novo ângulo de refração será 
 
 [2] 
 
A partir do triângulo , mostrado na figura abaixo (figura 2), podemos 
agora notar que o ângulo é a soma dos ângulos e . Pois, 
 
 
 
. [2] 
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Figura2.Triângulo . 
 
 
Um fenômeno interessante estudado pela óptica é a dispersão, este é 
um fenômeno que causa a separação de uma onda em várias componentes 
espectrais com diferentes freqüências, por causa da dependência da 
velocidade da onda com sua freqüência, ao se mudar a densidade do meio, 
ondas de diferentes freqüências irão tomar diversos ângulos na refração. Há 
dois tipos de fonte de dispersão material (influencia pela densidade do 
meio) e por dispersão no guia de ondas, que por causa das soluções do 
modo transverso para ondas confinadas lateralmente em um guia de ondas 
finito, normalmente dependendo da freqüência das ondas (tamanho relativo 
da onda, do comprimento de onda e do guia de ondas). Dispersão material 
em ondas eletromagnéticas, a velocidade da fase de uma onda é dada pelo 
meio onde: c é a velocidade da luz no vácuo, e n é o índice de refração do 
meio.[3] 
Em geral, o índice de refração é uma função da freqüência, ou 
alternativamente, com respeito ao comprimento de onda. O comprimento 
de onda depende do índice de refração do material de acordo com a 
fórmula. O efeito mais freqüentemente visto da dispersão é a separação da 
luz branca no espectro de luz por um prisma. Como um prisma é mais 
denso que o ambiente, para cada freqüência há um ângulo de refração 
diferente, como a cor branca é uma composição de todas as cores, ou a 
sobreposição de varias ondas de diferentes freqüências, se dá a dispersão 
separando cada uma dessas freqüências por um ângulo de refração 
diferente. Para a luz visível, e para a maioria das matérias transparentes 
WHPRV�� �� �Q� �Ȝ� 9HUPHOKR�� �Q� �Ȝ� $PDUHOR�� �Q� �Ȝ� $]XO��� RX�
alternativamente, que significa que o índice de refração n decai conforme 
VH�DXPHQWD�R�FRPSULPHQWR�GH�RQGD�Ȝ��1D�LQWHUIDFH�GH�WDO�PDWHULDO�FRP�R�DU�
RX� YiFXR�� D� /HL� GH� 6QHOO� SUHYr� TXH� D� OX]� LQFLGHQWH� FRP� kQJXOR� ș� VHUi�
refratada por XP� kQJXOR� ș
 DUFVLQ�VLQ�ș��Q��dessa forma a luz azul será 
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mais inclinada que a vermelha, resultando no efeito de arco-íris (figura 
3).[3] 
 
Figura 3. Modelo de dispersão da luz 
 
4.Materiais Utilizados 
- Banco Ótico Linear; 
- Fonte de luz branca com feixe direcional e ajuste focal deslizante; 
- Prisma de 90°; 
- Prisma de 60º; 
 - Disco com divisões angulares. 
5.Procedimentos 
No experimento foi utilizado um conjunto de prismas para o estudo 
do comportamento da luz após a sua passagem pelo material do corpo 
geométrico. 
A princípio foram verificados se a lanterna de luz branca tinha seu 
barramento, com a parte frontal alinhada na marca 0A e o ajuste focal da 
lâmpada na posição de 20 mm, o cavaleiro magnético 1 com o diafragma 
de uma ranhura posicionado e alinhado, pela escala inferior, sobre a marca 
de 18 mm, o cavaleiro magnético 2 com a lente de 8 dioptrias alinhado a 
esquerda, pela escala inferior, na marca dos 160 mm, o cavaleiro magnético 
3 com lente de 4 dioptrias alinhado a esquerda, pela escala inferior, na 
mesa dos 525 mm e o painel onde o prisma foi afixado foi levemente 
inclinado para permitir a interceptação dos feixes luminosos permitindo 
DVVLP�D�YLVXDOL]DomR�GRV�³UDLRV´�OXPLQRVRV� 
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O prisma de 90° foi fixado no disco com divisões angulares e a fonte 
luminosa foi ligada e o disco foi posteriormente girado para que a trajetória 
dos raios refratados fosse observada. 
Posteriormente o disco foi posicionado para que o raio incidente fosse 
perpendicular a hipotenusa e seu feixe luminoso refratado foi observado 
(fig.4). 
Após o procedimento com o prisma de 90° o prisma de 60° foi fixado no 
disco ótico. O disco foi girado de 5° no sentido horário para que pudesse 
ser observado o comportamento do raio emergente e incidente (fig.5). 
 
 
Figura4.Representação de um feixe luminoso em um prisma de 90º. 
 
 
 
Figura5.Representação de um feixe luminoso em um prisma de 60º. 
 
6.Resultados e Discussão 
 
Quando o disco acoplado com o prisma de 60º é girado no sentido 
horário é possível notar que ocorre reflexão e refração e o raio refratado 
diminui a intensidade do raio refletido. Além de observar que o raio 
incidente sempre caminha para a base do prisma. 
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A partir das observações é possível traçar as trajetórias dos feixes de luz 
incidentes nos prismas conforme a figura 6. 
 
 
Figura6. Representação das trajetórias dos raios incidentes nos prismas de 60º 
 
 
 Foi possível, também, identificar as cores: violeta, anil, azul, verde, 
amarelo, laranja e vermelho do espectro da luz branca (policromática) 
emitida pela lanterna do banco ótico em um prisma de 60º, o feixe emerge 
pela base e há uma dispersão com as cores do espectro da luz branca no 
lado do triângulo em que o feixe bate para emergir pela base (figura 7). 
 
Figura7.Representação da trajetória do feixe incidente emergindo pela base e o feixe dispersado no 
lado em que o feixe incidente bate para emergir. 
 
 A cor vermelha sofreu menor refração, pois ela estava mais distante da 
normal e a violeta sofreu maior refração e estava mais perto da normal. 
 Como o índice de refração depende do comprimento de onda, a 
utilização de luz de cor diferente (comprimentos de ondas diferentes) para 
determinar o índice de refração do material do prisma teria valores 
diferentes. 
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7.Conclusões 
 
 O experimento foi bem desenvolvido, conseguindo demonstrar 
grande ligação entre teoria e prática. 
Observou-se que a luz, ao penetrar perpendicularmente a superfície 
de um prisma de 90°, sofre uma reflexão total e num prisma diferente de 
90º, o raio emergente se desvia para a base do mesmo. 
Constatou-se a eficiência e vantagem do uso do prisma de 90° nos 
microscópios, máquinas fotográficas, periscópio,olho de gato, etc.  
Também constatou-se que o índice de refração de um dado material 
depende da freqüência de luz incidente. 
 A dispersão da luz branca ocorre do vemelho para o violeta, como é 
visto na teoria, foi constatado no laboratório. 
  
 
 
7.Referências Bibliográficas 
[1]  http://efisica.if.usp.br/otica/basico/prisma/dispersao/ 
[2]  http://efisica.if.usp.br/otica/basico/prisma/intro/  
[3] HALLIDAY, D.; RESNICK, R. Walter. Fundamentos de F ísica. 4 ed. 
Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1992, V. IV