RELATÓRIO DE FÍSICA

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Departamento de Física
Curso Técnico em Química
Relatório de experimento 03
Ótica Geométrica
Alane dos Santos Santos
8821 – G1
Docente: Alessandro Barros
Salvador – BA
01/2018
OBJETIVOS
Verificar os princípios da Óptica Geométrica, Enunciar as Leis de reflexão, Calcular o índice de refração de uma lente plana convexa e Determinar o número de imagens geradas por um objeto entre dois espelhos planos. 
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O ser humano sempre foi fascinado pela luz. Espelhos simples são encontrados em sítios arqueológicos antigos estendendo-se do Egito até a China. Nossos ancestrais aprenderam por volta de 1500 anos A.C. a fazer fogueiras ao focalizar a luz do Sol usando lentes rudimentares. A luz, ou luz visível como é fisicamente caracterizada, é uma forma de energia radiante. É o agente físico que, atuando nos órgãos visuais, produz a sensação da visão sendo Energia radiante é aquela que se propagam na forma de ondas eletromagnéticas, dentre as quais se podem destacar as ondas de rádio, TV, micro-ondas, raios X, raios gama, radar, raios infravermelho, radiação ultravioleta e luz visível. A ciência que estuda o comportamento da luz é chamada de Óptica. A Óptica Geométrica explica os fenômenos da refração e reflexão da luz a partir de Leis conhecidas como Leis de reflexão e Leis de Refração, e a formação de imagens nos espelhos plano, esférico e nas lentes. Neste trabalho, constataremos as leis da Óptica Geométrica. 
2.1 AS LEIS DE REFLEXÃO
Os fenômenos em que acontece reflexão, tanto regular quanto difusa e seletiva, obedecem a duas leis fundamentais que são:
1ª lei da reflexão
O raio de luz refletido e o raio de luz incidente, assim como a reta normal à superfície, pertencem ao mesmo plano, ou seja, são coplanares.
2ª Lei da reflexão
O ângulo de reflexão (r) é sempre igual ao ângulo de incidência (i).
2.2 AS LEIS DE REFRAÇÃO
Define-se refração da luz a mudança de velocidade de propagação, como consequência da mudança de meio de propagação. Ou seja, quando um raio de luz muda de um meio para outro, com índices de refração diferentes, ele sofre um desvio, aproximando-se ou afastando-se da normal.
1ª Lei da Refração 
O raio incidente I, a normal N e o raio refratado R, pertencem ao mesmo plano, denominado plano de incidência da luz, ou seja, o raio incidente, a reta normal e o raio refratado são coplanares.
Raios de luz no mesmo plano
2ª Lei da Refração
Para cada par de meios e para cada luz monocromática que se refrata é constante o produto do seno do ângulo que o raio forma com a normal e o índice de refração do meio em que o raio se encontra.
A segunda lei da refração é expressa matematicamente pela equação:
Como o ângulo de incidência (i) se forma no meio (1) e o ângulo de refração (r) se forma no meio (2), verificamos que o produto do índice de refração absoluto do meio pelo seno do ângulo formado com aquele meio é sempre constante.
FORMAÇÕES DE IMAGENS EM ESPELHOS
Sabemos que um espelho plano é capaz de formar a imagem de um objeto. Conseguimos ver esse objeto através do espelho devido às leis de reflexão. A imagem que se forma em retina nos dá a impressão de que os raios luminosos vêm da imagem formada no espelho. Podemos produzir várias imagens de um único objeto através da associação de dois espelhos planos.
	Podemos observar que cada espelho formará uma imagem do objeto, além da imagem da imagem do objeto. À medida que variamos o ângulo entre os espelhos o numero de imagens varia; mais precisamente: quando diminuímos o ângulo entre os espelhos associados o número de imagens aumenta. 
3. MATERIAIS
Uma fonte de luz branca;
Um barramento com escala milimetrada;
Régua milimetrada;
Um disco de Harl;
Diafragmas com suporte magnético de um e cinco ranhuras;
Espelhos planos;
Lente plana convexa;
Objeto cilíndrico vermelho.
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
A. Posicionou-se a lanterna policromática sobre a parte frontal do barramento. Utilizou-se o suporte magnético que estava sobre a bancada fixou-se em sua parte traseira uma lente, com suporte magnético e distância focal de 10 cm, e, na parte frontal do suporte, um diafragma com suporte magnético de cinco ranhuras. Em seguida, colocou-se o sobre o barramento à frente da fonte de luz.
B. Ajustou-se o foco da lente até que o feixe ficou paralelo possível. Em seguida colocou-se o disco de Hartl à frente do suporte magnético. 
C. Colocou-se o espelho plano que está sobre a bancada sobre o disco de Hartl fazendo com que apenas um raio de luz incida sobre ele. Inclinou-se o espelho de tal modo que o raio refletido passe pelos outros dois raios de luz.
D. Substituiu-se o diafragma de cinco ranhuras pelo de uma ranhura, e posicionou-se o espelho plano de modo que a reta normal ao espelho ficasse alinhada com o referencial zero do disco graduado em graus. Em seguida, girando o disco no sentido horário, fez-se com que o raio de luz incidisse sobre o espelho formando um ângulo de 30º. Logo em seguida, girou-se o disco no sentido anti-horário, fazendo-se o raio de luz incidir sobre o espelho plano e formando um ângulo de 30º.
E. Utilizando o disco de Hartl e a mesma configuração do item anterior, projetou-se o raio de luz de modo que incidisse sobre o centro do disco e do espelho e variou-se o ângulo de incidência de dez em dez graus.
F. Retirou-se o espelho plano de sobre o disco de Hartl e substituiu-se o mesmo por uma lente plana convexa. Fez-se o raio de luz incidir sobre o centro desta lente. Variou-se o ângulo de incidência de dez em dez graus. 
G. Colocou-se o objeto cilíndrico vermelho sobre o disco de Hartl. Em seguida inseriram-se os espelhos planos associados de modo que o ângulo entre os espelhos seja 90º. Observe as imagens que se formam nos espelhos colocando as medidas 60º, 45º e 30º, e anote o número de imagens formadas nos espelhos.
H. Colocaram-se dois espelhos associados dispostos paralelamente e a partir das observações, obteve-se a quantidade de imagens formadas.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 PROPAGAÇÕES DA LUZ
Ao colocar o diafragma com 5 ranhuras pôde-se verificar a formação de 5 raios de luz paralelos. Observou-se o princípio da propagação retilínea, que afirma que todo raio de luz percorre trajetórias retilíneas quando em meios transparentes e homogêneos.
Imagem 01. Propagação Retilínea da Luz.
5.2 INDEPENDÊNCIAS DOS RAIOS LUMINOSOS
Após colocar um espelho e fazer com que somente um raio incidisse sobre ele e ao incliná-lo, de modo que o raio refletido passasse pelos outros foi observado o segundo principio da ótica geométrica, O principio da independência dos raios de luz onde diz que os raios de luz são independentes, podendo até mesmo se cruzarem, não ocasionando nenhuma mudança em relação à direção dos mesmos.
Imagem 02. Trajetória da Luz sem desvio dos demais ao se cruzarem.
5.3 REVERSIBILIDADES DOS RAIOS LUMINOSOS
Após substituir o diafragma de cinco ranhuras pelo de uma ranhura, e posicionado um espelho plano, alinhado com o referencial 0 grau do disco e após girar o disco no sentido horário e depois no anti-horário fazendo com que o raio de luz incidisse sobre o espelho formando um ângulo de 30°observou-se que o ângulo de reflexão se iguala ao ângulo de incidência, pois os mesmos percorrem o mesmo caminho, porém em sentidos opostos. Segundo o principio da independência dos raios luminosos.
Imagem 03. Ângulos de reflexão e incidência.
5.4 REFLEXÃO
Tabela 01. Valores dos ângulos de incidência e reflexão medidos.
	ɵi
	10°
	20°
	30°
	40°
	50°
	60°
	70°
	ɵr
	10°
	20°
	30°
	40°
	50°
	60°
	70°
Ao projetar o raio de luz e após variar o ângulo de incidência de dez em dez graus observou-se que os ângulos de incidência e reflexão foram exatamente iguais como mostra a tabela acima. Isto porque Reflexão é o fenômeno que consiste no fato de a luz voltar a se propagar no
meio de origem, após incidir sobre um objeto ou superfície. A primeira lei da reflexão da luz diz que o raio refletido pertence ao plano de incidência, enquanto a segunda lei afirma que o ângulo de reflexão é sempre igual ao ângulo de incidência. As leis citadas foram observadas no experimento acima.
5.5 REFRAÇÕES DA LUZ.
Após variar o ângulo de incidência de dez em dez graus sob uma lente plana convexa, preencheu-se a Tabela 02 a seguir com os valores observados.
Tabela 02. Dados experimentais do experimento sobre refração da luz.
	ɵi
	10°
	20°
	30°
	40°
	50°
	60°
	senɵi
	0,17
	0,34
	0,5
	0,64
	0,76
	0,86
	ɵr
	05
	15
	20
	25
	30
	35
	senɵr
	0,08
	0,25
	0,34
	0,42
	0,5
	0,57
	senɵi /senɵr
	2,12
	1,36
	1,47
	1,52
	1,52
	1,50
A refração é caracterizada pela mudança de meio de propagação da luz, o que gera alterações no valor da velocidade das ondas luminosas.
Uma grandeza de destaque relacionada à velocidade da propagação da luz é o índice de refração. Admitiu-se o índice de refração do ar igual a 1. Os valores obtidos na razão entre os senos dos ângulos de incidência e dos senos dos ângulos de refração possuíam constantes, sendo valores muito próximos uns dos outros. Por causa disso, calculou - se a média dos valores encontrados nas razões entre os senos dos ângulos de incidência e os senos dos ângulos de reflexão. Com isso, foi encontrado um valor médio de 1,58. 
5.6 FORMAÇÕES DE IMAGENS EM ESPELHOS.
Tabela 03. Valores dos ângulos de incidência e reflexão medidos.
	Ângulo α
	90º
	60º
	45º
	30º
	Número de Imagens
	03
	05
	07
	10
 	Ao inserir o objeto vermelho entre os espelhos planos associados formando ângulos de 90°, 60°. 45° e 30° respectivamente obtiveram-se os resultados acima. Observou-se que na medida em que o ângulo diminuía houve o aumento de imagens formadas no espelho, visto que algumas imagens se transformaram em objetos colocados na frente do espelho. As imagens na frente de um espelho se comportam como objetos na frente dos mesmos produzindo uma nova imagem. 
 90° 60° 45° 30° 
Imagens 04, 05, 06, 07 e 08. Formação de Imagens em espelhos planos com variação do ângulo.
Pode-se calcular o número de imagens que iriam se formar em determinado ângulo através da fórmula: 
Onde n é o número de imagens e θ é o ângulo formado entre os dois espelhos planos. Logo, está compatível com os dados teóricos.
5.7 FORMAÇÕES DE IMAGENS ATRAVÉS DE ESPELHOS PARALELOS
Os dois espelhos foram dispostos paralelamente, ou seja, em um angulo de 180° onde se observou um número de imagens infinito, visto que cada imagem se comporta como um objeto para o outro espelho. Tendo assim um número infinito de imagens. Obteve-se a imagem e a imagem da imagem e assim sucessivamente. A localização de cada uma das imagens é muito simples. Como pode ser observado na imagem abaixo.
Imagem 09. Formação de Imagens em espelhos paralelos.
6. CONCLUSÃO
Por meio dos experimentos realizados, foi possível entender os princípios da ótica geométrica e como elas são influenciadas no nosso dia a dia. Pode-se afirmar que se conseguiu visualizar as propriedades e princípios da luz e como eles se aplicam na prática. Pode-se concluir, portanto, que o experimento teve seus objetivos cumpridos, bem como em posterior discussão dos resultados obtidos.
REFERÊNCIAS
NEWTON, V. B.; DOCA, R. H.; BISCUOLA, G. J. Tópicos de física 2: termilogia, ondulatória e óptoca. 16a edição reformada e ampliada. São Paulo: Saraiva, 2001.
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/optica.htm acesso em: 23/01/2018
https://prezi.com/vfk5mknuvica/principio-da-independencia-dos-raios-luminosos/ acesso em: 23/01/2018
GASPAR, Alberto. Física: ondas, óptica e termodinâmica. São Paulo: Ática, 2000.