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IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 1 AD1 de ICF1 – 2017.2 Pólo:______________________ Data:______________________ Curso:_____________________ Nome Legível: __________________________________ Assinatura: ____________________________________ 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 (04) questões. Ela deve ser entregue nos polos até as 15h do dia 19 de agosto (sábado) de 2017. Se ela for enviada por correio, ela deve ser postada até dia 11 de agosto (sexta-feira), com rastreamento. NÃO ACEITAREMOS AD1 DIGITALIZADAS NEM ESCANEADAS. RESPONDA AS QUESTÕES NOS ESPAÇOS RESERVADOS, LOGO ABAIXO DE CADA ITEM. Questão Nota Rubrica 1a 2a 3a 4a Total IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 2 Questão 1 (2,0 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. 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. IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 3 Tabela 1 d) Calcule, no espaço abaixo, 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, no espaço abaixo, a incerteza experimentais associada ao diâmetro de uma das manchas luminosas obtido no item anterior. Calcule as incertezas dos outros diâmetros em um rascunho (não é necessário entregá-lo) e transfira todos os valores finais para a Tabela 2. Tabela 2 IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 4 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? g) 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 Você aprendeu que toda medida experimental tem incerteza, seja ela medida direta 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 2 itens abaixo para a primeira posição b 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. Não se esqueça das unidades! X IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 5 i) Existe interseção entre os intervalos I3 e J3 obtidos no item acima? Em caso afirmativo, escreva abaixo o intervalo I3 ∩ J3 (por exemplo: [1.3 cm, 1.5 cm]) . Faça os 2 itens abaixo para a segunda posição b 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. Não se esqueça das unidades! k) Existe interseção entre os intervalos I4 e J4 obtidos no item acima? Em caso afirmativo, escreva abaixo o intervalo I4 ∩ J4 (por exemplo: [1.3 cm, 1.5 cm]). l) Nos itens (i) e (k) você comparou as medidas experimentais obtidas pelo modelo proposto com as medidas diretas da mancha no anteparo. Discuta a compatibilidade entre seus resultados experimentais e o modelo que afirma que os raios luminosos se propagam em linha reta em um meio homogêneo.X IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 6 m) Quais os experimentos da Prática 1 não podem ser explicados pela Óptica Geométrica? Como pode-se explicar os resultados destes experimentos? n) O que acontece com o raio e com a área da mancha no anteparo se a distância entre a fonte e o orifício circular aumentar em 10%? Faça os cálculos e escreva sua resposta no espaço abaixo. IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 7 Questão 2 (2,0 pontos) Leia atentamente a Aula 2 do Módulo 1 de ICF1 e observe a Figura 1. Em cada um dos casos abaixo, está representada a incidência de um raio luminoso em uma superfície de interface entre dois meios, 1 e 2. Contudo, há em todas as figuras um erro no traçado. Nas quatro situações abaixo, identifique claramente onde está o erro, justificando detalhadamente no espaço abaixo e apresentando NA PRÓPRIA FIGURA como deveria ser a versão correta. Nos desenhos, a interface está representada de preto com traçado grosso, a normal N está representada de cinza, o raio incidente A de azul, o raio refletido B de verde e o raio refratado C de vermelho. Considere n1 < n2, para todos os casos. Figura 1 IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 8 Questão 3 (3,0 pontos) Antes de fazer esta questão estude a Aula 2 do Módulo 1 e preste atenção ao realizar o experimento 4, pois você trabalhará com uma lente de acrílico. Um raio luminoso (raio 1) incide no ponto O do lado AB do prisma representado na figura 2 formando um ângulo de incidência 1 0 com a normal do lado AB. O índice de refração do prisma vale 1,45 e o do ar 1,00. a) Desenhe o raio 1 que incide na face AB do prisma no ponto O. b) Denominaremos o raio refratado na face AB de raio 2. Desenhe o raio 2 na figura 2. Justifique sua resposta. c) Desenhe a normal à face AC no ponto onde o raio 2 incide. d) Meça com um transferidor o ângulo de incidência do raio 2 na face AC e anote seu valor aqui. e) Denominaremos o raio refletido na face AC de raio 3. Desenhe o raio 3 na figura 2. f) Desenhe a normal à face BC no ponto onde o raio 3 incide. IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 9 g) Meça com um transferidor o ângulo de incidência do raio 3 na face BC e anote seu valor aqui. h) Calcule o ângulo de refração para o raio 3 nessa face. i) Denominaremos o raio refratado na face BC de raio 4. Desenhe o raio 4 na figura 2, se houver este raio. j) Qual o maior valor possível para o índice de refração do prisma para que haja raio refratado na face BC? IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 10 Questão 4 (3,0 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 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. Figura 3 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 A B Objeto Observador 2,0 cm Superfície espelhada convexas Figura 2 V IF/UFRJ Introdução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 11 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 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] i [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 ser 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 IF/UFRJIntrodução às Ciências Físicas I 2o Semestre de 2017 AD1 de ICF1 Profs. Lucas Sigaud e Sergio Jorás 12 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.
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