1º Trabalho Física II Refração e Reflexão da Luz

Prévia do material em texto

Laboratório 4 – Física Teórica e Experimental II - CCE0848
Experimento 1 – Refração e Reflexão da Luz 
Professora: Érica Gabriela de Carvalho
		Grupo:
		Rogério Figueiredo - Matrícula: 201502180286
		Ricardo Pereira - Matrícula: 201510497307 
Experiência realizada em 01/03/2016
Trabalho entregue em 08/03/2016
Introdução
 Neste experimento são analisadas a reflexão e a refração em superfícies planas considerando os índices de refração do meio e o ângulo de incidência da luz em relação ao plano conforme Lei de Snell, também é analisada a luz e radiação através de lente esférica biconvexa (ótica geométrica). Para realização deste experimento é utilizado, como plataforma de simulação e testes, o site da Universidade do Colorado – Phet Interative Simulations, o experimento ocorre no Laboratório de informática, sala 4, 2º subsolo, no Campus Jabaquara da Universidade Estácio, entretanto o site é livre e pode ser acessado de qualquer local que possua internet. 
Procedimento 1 – Reflexão e refração em lente plana
A1 - Iniciando a pesquisa na web utilizando o google como site de busca, digitamos Universidade do Colorado e efetuamos a primeira busca, nas respostas da pesquisa usamos o link Phet.colorado.edu/ptBR (podemos utilizar esse link direto no navegador), já no site procuramos por Física, Luz e Radiação, e Desvio da Luz.
B1 - Acessando o quadro de testes (selecionando o “Intro”) vemos os elementos que compõem a simulação onde a tela é dividida horizontalmente pela metade, sendo a parte superior um meio e a inferior outro meio, podendo os meios serem iguais. Á direita vemos uma janela de seleção em cada uma das duas partes, nesta é selecionado o material alterando os índices de refração ou se altera aleatoriamente o índice supondo um material desconhecido. No centro da tela existe uma linha tracejada perpendicular à horizontal que divide os meios, essa linha representa a normal. Uma espécie de lanterna com raio de luz na cor vermelha se movimenta em um raio de 90° na parte superior esquerda da tela, incidindo a luz, no máximo, toda para abaixo ou toda para a direita, um botão na lanterna quando clicado gera a incidência da luz. Na parte inferior esquerda da tela temos duas ferramentas, uma que mede a intensidade (em %) da luz refratada e refletida convenientemente para os testes, e a outra um transferidor que posicionado corretamente indica os ângulos da incidência, da refração e reflexão.
C1 - O objetivo é simular a incidência da luz em diversos ângulos e índices de refração comparando a leitura com os cálculos e comprovando assim a Lei de Snell e o fenômeno da reflexão total.
Procedimento 2 – Luz e radiação em lente esférica biconvexa
A2 – Idem ao 1.1, exceto o Desvio de Luz, após Luz e Radiação acessamos Ótica Geométrica.
B2 - Acessando o quadro de testes vemos uma tela azul cortada horizontalmente por uma linha, no centro da tela vemos uma lente biconvexa perpendicular à linha, a esquerda da lente vemos a imagem de um quadro com um lápis sendo projetado a direita da lente, dois “X” sobre a linha representam o foco em cada caso, todos esses componentes se movimentam juntos na tela. Em uma janela na parte superior podemos realizar diversas alterações, dentre as mais relevantes o raio de curvatura (m), índice de refração, diâmetro da lente e a quantidade de raios que cortam a imagem. Podemos movimentar a imagem à direita por toda a tela verificando a maneira com que a imagem é refletida pela lente. 
C2 - O objetivo é simular a projeção da imagem em alguma posição e emdiferentes índices de refração, diâmetros da lente e raios de curvatura, calculando o foco a partir dos valores atribuídos e relatar os resultados comprovando as leis físicas.
 
Resultado – Procedimento 1
Teste 1.1 - Posicionamos a luz em ângulo de 60° em relação à normal e utilizamos o mesmo meio (o ar) índice de refração 1,00 (n).
Fig. 01
 
Lei de Snell , portanto conforme figura 01 temos que:
 = 1,00 x = 60° é igual a = 1,00 x = 60° 
Logo a luz se propaga em linha reta e com a mesma intensidade da incidência (100%).
Teste 1.2 – Posicionamos a luz em ângulo de 60° em relação à normal e utilizamos como meio de incidência o ar, cujo o índice de refração é 1,00, o segundo meio utilizado foi a água no qual o índice de refração é 1,33. 
	
Fig. 02
Lei de Snell , portanto conforme figura 02 temos que:
 = 1,00 = 60° = 1,33 = 40°
 
1 . sen 60° = 1,33 . 
0,866 = 1,33 . 
 = = 0,651 logo = 40°
A luz se propagou em ângulo diferente quando refratada de um meio para outro, neste caso a refração se aproximou da normal com intensidade de 88,78% (n1<n2). A reflexão na lente sempre terá o mesmo ângulo da incidência em lente plana, entretanto o ângulo de incidência e o meio influenciarão na intensidade da luz, quanto maior o ângulo de incidência em relação a normal maior a intensidade de reflexão, e quanto menor a diferença de índice entre os meios menor a intensidade, a intensidade da luz refletida foi de 11,12% 
(100% – 88,78% = 11,12%)
Teste 1.3 – Posicionamos a luz em ângulo de 30° em relação à normal e utilizamos como meio de incidência o vidro, cujo o índice de refração é 1,50, o segundo meio utilizado foi o ar no qual o índice de refração é 1,00. 
Fig. 03
Lei de Snell , portanto conforme figura 03 temos que:
 = 1,50 = 30° = 1,00 = 48,59°
 
1,50 . sen 30° = 1,00 . 
0,75 = 1,00 . 
 = = 0,75 logo = 48,59°
A luz se propagou em ângulo diferente quando refratada de um meio para outro, neste caso a refração se afastou da normal com intensidade de 89,51% (n1>n2), a intensidade da luz refletida foi de 10,49%.
(100% – 10,49% = 89,51%)
Teste 1.4 – Posicionamos a luz em ângulo tal em relação à normal e utilizamos como meio de incidência a água, cujo o índice de refração é 1,33, o segundo meio utilizado foi o ar no qual o índice de refração é 1,00.
Fig. 04
Lei de Snell (ângulo crítico) , portanto conforme figura 04 temos que:
 = 1,50 = 48,75° = 1,00 
 
 = = 0,751 logo = 48,75°
A luz apenas refletiu na lente neste ângulo, não se propagando para o outro meio. Este é o fenômeno da reflexão total quando o n1>n2 em um determinado ângulo. Conforme o cálculo determinamos que se alterarmos o índice dos meios o ângulo crítico muda e verificamos que todos os ângulos menores que o crítico em relação a normal geram refração, já o crítico e os maiores em relação a normal tem a reflexão total, no ângulo crítico a intensidade da luz refletida foi de 100%.
Resultado – Procedimento 2
Teste 2.1 – Posicionamos o objeto (à esquerda) em um ponto onde o primeiro raio de incidência alinha-se perpendicularmente à ponta da lente biconvexa formando um ângulo de 90°, aplicamos o raio de curvatura de 0.8 m, índice de refração de 1.50 e diâmetro da lente 0,8. Acrescentamos uma régua entre o objeto e a lente na figura 05 (distância P) e entre a lente e a imagem na figura 06 (distância P’) pra calcularmos o foco.
Fig. 05
Fig. 06
Conforme a ótica geométrica temos a fórmula:
F = ?
P = 149 cm
P’= 169 cm
Portanto:
 
 = 79,23 cm
Na figura 07 comprovamos o cálculo do foco 
Fig. 07
Teste 2.2 – Mantemos o objeto na posição do teste 2.1 e alteramos aleatoriamente o raio de curvatura, índice de refração e diâmetro para observarmos as posições da imagem e sua intensidade.
Fig. 08
Raio de curvatura menor a imagem é refratada mais próximo da lente, logo raio de curvatura maior a imagem é refratada mais distante da lente.
Fig. 09
Índice de refração menor a imagem é refratada mais distante da lente, logo índice de refração maior a imagem é refratada mais próximo da lente.
Fig. 10
Diâmetroda lente menor diminui a intensidade da imagem pois a quantidade de raios que convergem na mesma é menor, enquanto o diâmetro maior aumenta a quantidade de raios convergentes aumentando a intensidade. 
Conclusão
Segue definição sobre comportamento da luz
“Quando a luz passa de um meio material para outro meio ocorre duas coisas. A primeira é que a velocidade da luz muda. A segunda é que quando a incidência não é oblíqua, a direção de propagação também muda. A passagem da luz de um meio para outro damos o nome de refração”.
Em nossos experimentos pudemos observar as leis físicas referentes ao raio de luz, propagação retilínea da luz, a reflexão e refração, lei de Snell e o fenômeno da reflexão total.
Embora os instrumentos de medição (recursos do site) sejam imprecisos, de forma aproximada, através dos cálculos foi possível comprovar as relações entre ângulos, índices de refração (meios), raio de curvatura, diâmetro da lente e as distâncias.
 
Referências Bibliográficas
Site efisica, Ótica, disponível em: 
< http://efisica.if.usp.br/otica/basico/refracao/intro/ > acesso em 05/03/2016
Site Phet Interative Simulations, Física, disponível em: 
< https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/category/physics/light-and-radiation> acesso em 05/03/2016