RELATORIO ÓPTICA

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ESTUDO DA ÓPTICA
CENTRO UNIVERSITARIO ESTACIO FACITEC BRASÍLIA
INTRODUÇÃO
Antes de começarmos os experimentos ópticos, vamos relembrar alguns conceitos teórico.
Na faculdade o professor disponibilizou um aparelho chamado Luxímetrô digital que mede a intensidade luminosa em lux, então os alunos foram em tres ambientes diferentes para medir a intensidade da luz, e viu que para cada local e dependendo da altura que colocamos o aparelho a intensidade luminosa é diferente, e isso nos faz pensar o que é luz na verdade?
A luz é uma radiação eletromagnética que se propaga tanto nos meios materiais como no vácuo, e sua velocidade de propagação no vácuo é de 300000km/s. no ar, esse valor é um pouco menor, mas normalmente utilizamos os mesmos 300000km/s. e para conferirmos o tempo em que a luz pecorrer pelo ar o professor disponibilizou uma trena digital e medimos a distância entre duas paredes e ao acionar a trena ela solta um laser até a outra parede e ver quanto tempo demora para que o raio vai até la e depois volta para o aparelho, assim calculasse a distância entre as paredes. E como sabemos a distância entre as paredes L=48,282m e a velocidade de propagação da luz no ar é de aproximadamente V=299792458m/s, podemos definir o tempo em que a luz se propaga no ar, com a seguinte formula:
E existem corpos capazes de emitir luz, que são chamados de corpo luminosos e constituem as fontes primarias de luz, uma exemplo, as estrelas são uma forte primaria de luz. E também existem aqueles corpos que não emitem luz, isto é, não produzem sua própria luz, como por exemplo o ser humano é uma forte secundaria, pois só enxergamos um ao outro porque uma forte primaria emite luz até as pessoas e elas refletem esta luz, e assim podemos enxerga-las.
E como os experimentos foram mais sobre espelhos falaremos um pouco mais sobre eles
Na fisica, consideramos um espelho uma superfície muito lisa e com alto índice de reflexão da luz. E existem diferentes tipos de espelhos que serão citados abaixo
Espelho planos:
Um espelho plano é uma superfície plana e muito lisa, com alto índice de reflexão da luz. Na reflexão, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão, como mostra a figura abaixo.
E a formação de imagem no espelho plano é o seguindo se o corpo estiver em uma distância x do espelho, a imagem estará na mesma distância x do espelho mas só que investidas.
Associação de espelhos planos:
A associação de espelhos planos permite-nos obter várias imagens de um mesmo objetos, conforme mostra a figura abaixo.
Dependendo do ângulo entre os espelhos, podemos obter um número relativamente grande de imagens. O número n de imagens formadas pela associação de dois espelhos planos depende do ângulo entre eles. Esse número é dado por:
Espelhos esféricos:
Esses espelhos são calotas esféricas obtidas pelo corte de uma superfície esférica com um plano e espelhadas. Se o espelhamento é feito na superfície interna da calota, o espelho esférico é denominado côncavo. Quando o espelhamento é feito na superfície externa da calota o espelho esférico é denominado convexo, como mostra a figura abaixo.
E os elementos desses espelhos esféricos são:
Centro de curvatura (c) - o centro da superfície esférica.
Vértice (V) – o centro geométrico da calota esférica.
Raio (R) – o raio da superfície esférica.
Eixo Principal (CV) – reta que contém o centro de curvatura (C) e o vértice (V).
Ângulo de abertura do espelho (α) – medida do ângulo central correspondente à calota.
O foco principal de um espelho (F) está no ponto medio entre o centro de curvatura (C) e o vértice (V). A distância entre o foco principal e o vértice do espelho é denominada distancia focal f e seu modulo é dado por:
No espelho côncavo, a distância focal f é positiva e, no espelho esférico convexo, é negativa.
OBJETIVO
Analisar e relatar em forma de texto ou imagens experimentos sobre óptico, e apresentar dados tabelados e formulas de como se obteve os resultados.
EQUIPAMENTOS
Experimento – Associação de espelhos planos
2 espelhos planos 60x80mm;
2fixadores de espelho plano;
1 suporte para disco giratório;
1 disco giratório 23cm com escala angular e subdivisões de 1°.
Experimento – Reflexão e Refração
1 bom ar;
1 espelho;
1 laser;
1 moeda de um real;
1 vasilha metálica com água.
Experimento – Índice de refração do acrílico em relação ao ar
1 fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
1 base metálica 8x70x3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
1 diafragma com uma fenda;
1 lente cristal convergente plano convexa com 6cm e distancia focal de 12cm, em moldura plástica com fixador magnética;
1 cavaleiro metálico;
1 suporte para disco giratório;
1 disco giratório 23cm com escala angular e subdivisões de 1°;
1 perfil em acrílico semicircular.
Experimento – Índice de refração do ar em relação ao acrílico
1 fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
1 base metálica 8x70x3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
1 diafragma com uma fenda;
1 lente cristal convergente plano convexa com 6cm e distancia focal de 12cm, em moldura plástica com fixador magnética;
1 cavaleiro metálico;
1 suporte para disco giratório;
1 disco giratório 23cm com escala angular e subdivisões de 1°;
1 perfil em acrílico semicircular.
Experimento – Propriedades do raio luminoso diante de uma lente convergente
1 fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
1 base metálica 8x70x3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
1 diafragma com uma fenda;
1 lente cristal convergente plano convexa com 6cm e distancia focal de 12cm, em moldura plástica com fixador magnética;
1 cavaleiro metálico;
1 suporte para disco giratório;
1 disco giratório 23cm com escala angular e subdivisões de 1°;
1 perfil em acrílico biconvexo.
Propriedades do raio luminoso diante de uma lente bicôncava
1 fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
1 base metálica 8x70x3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
1 diafragma com uma fenda;
1 lente cristal convergente plano convexa com 6cm e distancia focal de 12cm, em moldura plástica com fixador magnética;
1 cavaleiro metálico;
1 suporte para disco giratório;
1 disco giratório 23cm com escala angular e subdivisões de 1°;
1 perfil em acrílico bicôncavo.
Experimento – Determinação do comprimento de onda da luz
1 fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
1 base metálica 8x70x3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
1 diafragma com uma fenda;
1 lente cristal convergente biconvexa com 5cm e distancia focal de 5cm, em moldura plástica com fixador magnética;
1 lente cristal convergente biconvexa com 5cm e distancia focal de 10cm, em moldura plástica com fixador magnética;
1 diafragma com uma fenda;
5 cavaleiros metálicos;
1 rede de difração 1000 fendas/ mm em moldura plástica com fixação magnética;
1 trena de 2m;
1 anteparo para projeção com fixador magnético e régua milimétrica – 150mm.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Experimento – Associação de espelhos planos
Montou-se o equipamento conforme o manual, com um disco giratório dotado com escalas angular e subdivisões de 1° e sobre o disco colocou-se 2 espelhos planos fixados formando o ângulo de 72°, então colocou um parafuso entre os espelhos e observou-se que formou 4 imagens e para se ter uma confirmação se era o esperado se fez um cálculo:
Após o cálculo temos a confirmação que em um ângulo de 72°obtemos 4 imagens, confira a figura abaixo.
Experimento – Reflexão e Refração
Experimento realizado com simples matérias do nosso cotidiano para observar a ação da reflexão e refração. Primeirocolocou-se um espelho encima da mesa e com as luzes apagadas mirou-se um laser para o espelho e apertando o Bom Ar podemos observar que a luz é refletida formando o mesmo ângulo do raio incidente com a reta Normal, ou seja, i = r, como demostra a figura abaixo.
O outro procedimento foi o seguinte, colocou-se uma vasilha sobre a mesa com uma moeda de 1 real dentro e nos afastamos a uma determinada distancia que não conseguíamos ver a moeda e então um colega de classe foi despejando água na vasilha com cuidado para não arrastar a moeda e quando o nível da água chega a uma determinada altura nós que distanciamos conseguimos ver a moeda, isto ocorre porque ao despejar a água na vasilha, a luz que sai da moeda sofre uma refração, desviando-se de sua trajetória ao atravessar a superfície da água e chegando aos nossos olhos.
Experimento – Índice de refração do acrílico em relação ao ar
Montou-se o equipamento conforme o manual, com um perfil acrílico semicircular sobre um disco giratório com escala angular e subdivisões de 1° apoiado em um suporte para disco sobre uma base metálica com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm e em frente ao disco se encontra um cavaleiro metálico com um diafragma com uma fenda e uma lente convergente plano convexa e mais a frente se localiza a fonte de luz branca. Então o procedimento foi o seguinte com as luzes da sala apagadas, ligou-se a fonte de luz branca, e a luz passou pelo diafragma e a lente, fazendo um raio se propagar até a superfície plano do acrílico, que podemos observar uma reflexão com um mesmo angulo e também o raio sair na parte convexa do acrílico que é a difração e ao girar o disco em respectivos ângulos citados na tabela anotaremos o ângulos formado pela difração do raio.
	Ângulo de incidência i
	Sen i
	Ângulo de refração r
	Sen r
	Sen i/Sen r
	10°
	0,1736
	6,7°
	0,1166
	1,49
	20°
	0,3420
	13,2°
	0,2283
	1,50
	30°
	0,5000
	19,5°
	0,3338
	1,50
	40°
	0,6427
	25,5°
	0,4305
	1,49
	50°
	0,7660
	31°
	0,5150
	1,49
Tabela 1
E pode se ver na tabela que a razão sen i/sen r é constante. E calculando a velocidade da luz no acrílicos basta tirar um media da razão sen i/sen r que é 1,494 e dividir a velocidade da luz no vácuo que é 300000km.s-1 pela a média e obteremos a seguinte velocidade 200803,213km.s-1.E logo na figura abaixo percebemos que quando o raio luminoso passar do ar para o acrílico ele se aproxima da reta normal.
Experimento – Índice de refração do ar em relação ao acrílico
A montagem do equipamento é a mesma do experimento anterior, o que mudou foi que o raio luminoso incidiu na superfície convexa do acrílicos e a refração foi pela superfície plana. Então o procedimento foi o seguinte com o raio de luz incidindo na superfície convexa giramos o disco com o raio incidente em determinados ângulos e anotou-se os ângulos da refração citados na tabela abaixo.
	Ângulo de incidência i
	Sen i
	Ângulo de refração r
	sen r
	sen i/sen r
	5°
	0,0871
	7,5°
	0,1305
	0,6674
	10°
	0,1736
	14,5°
	0,2503
	0,6936
	15°
	0,2588
	22,5°
	0,3907
	0,6624
	20°
	0,3420
	30,5°
	0,5075
	0,6739
	25°
	0,4226
	39,5°
	0,6360
	0,6645
	30°
	0,5000
	48,5°
	0,7489
	0,6676
	35°
	0,5735
	58,5°
	0,8526
	0,6726
	40°
	0,6427
	73,5°
	0,9588
	0,6703
	45°
	0,7071
	-
	-
	-
Tabela 2
Como se pode observar na tabela acima no ângulo de 45° não há valor para sua refração, pois não foi possível a leitura, isso ocorre porque a luz branca se decompõe e começa a retornar, a partir do ângulo limite, a luz passa a refletir e não mais refratar, esse fenomeno é chamado de reflexão total. E para que ocorra a reflexão total necessita de duas condições: a luz incidente deve estar se propagando do meio mais refringente para o meio menos refringente e o ângulo de incidência deve ser maior que o ângulo limite.
E pode se dizer que a razão de sen i por sen r é constante. E na figura abaixo observamos que o raio luminoso ao passar do acrílico para o ar, o raio luminoso de afasta da reta normal.
Experimento – Propriedades do raio luminoso diante de uma lente convergente
Utilizou-se a mesma montagem dos experimentos anteriores, substituindo apenas o diafragma de uma fenda pela diafragma de cinco fendas e ligou-se a fonte de luz para ajustar a lente convergente e o diafragma, para que os dois fiquem paralelos entre si e substituiu o acrílico semicircular por um acrílico biconvexo e com um posicionamento no disco mais próximo da borda para que possamos ver a sua convergência e a dispersão dos raios. E o procedimento foi o seguinte propagou-se cinco raios de luz paralelos e ao passar pelo acrílico de superfície convexa e saem também uma superfície convexa os raios que se propagam paralelos sofre uma mudança de direção de modo a passar pelo foco do acrílico, com mostra na figura abaixo.
Experimento - Propriedades do raio luminoso diante de uma lente divergente
Utilizou-se a mesma montagem do experimento anterios, apenas substituiu o perfil de acrílico biconvexo por um acrílico bicôncavo. E o procedimento foi o seguinte, com as luzes da sala apagadas ligou-se a fonte de luz branca, e os raios da luz se propagaram e passaram por o diafragma de cinco fendas e a lente fazendo com que se propagasse cinco raios de luz paralelos até o perfil acrílico bicôncavo, quando os feixe de luz incide na lente divergente, os raios luminosos, após atravessá-la divergem de tal modo que seus prolongamentos se encontram sobre um ponto F, sendo esse o seu 1° foco, a distância de F da lente, é denominada de distância focal f. e o foco que lente divergente nos fornece é virtual. E sobre os raios luminoso na lente divergente, pode-se dizer que quando o raio paralelo atinge uma lente, sofre uma refração mudando sua direção, essa refração nas lentes divergente faz com que os raios se afastem do eixo central, como mostra a figura abaixo.
Experimento – Determinação do comprimento de onda da luz
Montou-se o equipamento da seguinte forma, com a mesma base metálicas com duas mantas magnéticas e escala lateral de 70cm e a fonte de luz branca dos outros experimentos, então sobre a base metálica colocou-se a uns 4cm da fonte luminosa uma lente convergente de distância focal f=5cm e essa lente é utilizada para iluminar o diafragma de um fenda que está logo frente e o diafragma incide um raio de luz que passa por uma lente convergente logo à frente de distância focal f=10cm e também passa por um rede de difração 1000 fendas por milímetro que fica a uma distância de 0,140m do anteparo de projeção, e no anteparo podemos observar nitidamente o raio de luz branca se projetando no 0 e suas difrações das cores azul, verde, laranja e vermelho a uma certa distância, como está sendo representado na figura abaixo.
Então a partir dessas observações podemos medir a distância do centro de cada cor até o centro da fenda projetada e definir o comprimento de onda, que está representado na tabela abaixo
	Cor
	λ (nm)
	 
	620 - 760
	 
	585 - 620
	 
	510 - 550
	 
	450 - 510
E pode-se dizer que a radiação que tem maior comprimento de onda é o vermelho.
CONCLUSÃO
Concluiu-se que o campo da óptico é um campo muito vasto. E ao realizar os experimentos vimos que só enxergamos porque a luz, seja natural ou artificial, ilumina tudo e eles refletem para nosso olhos e que a propagação e velocidade da luz é diferente para cada meio material. E também entendemos porque quando chove há o arco-íris é porque a luz do sou incide nas gosta de água e a luz refrata formando o arco-íris como o ultimo experimento realizado.