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Introdução às Ciências Físicas I 1o Semestre de 2015 Gabarito da AP1 de ICF1 Profs Ana Maria Senra Breitschaft e Andre Saraiva 1 Gabarito da Primeira Avaliação Presencial de ICF1 – AP1 Primeiro semestre de 2015 Questão 1: (3,5 pontos) a) Calcule D, Dmax e Dmin e D Tabela 3 D[cm] Dmax [cm] Dmin [cm] D[cm] 9 9,741 7,691 1 Será considerado correto também os resultados com dois algarismos significativos para a incerteza, desde que o valor de D esteja mostrado de forma condizente. b) Escreva o intervalo dos números reais I1 que representa a faixa de valores da medida direta do diâmetro da mancha luminosa (Tabela 1). I1 = [ 8,2 , 8,6 ] cm c) Escreva o intervalo dos números reais I2 que representa a faixa de valores da medida indireta do diâmetro da mancha luminosa (Tabela 3). I2 = [ 7,7 ,9,7 ] cm d) Represente no seguimento de reta a seguir os intervalos I1 e I2. Qual a interseção entre os intervalos I1 e I2 I1 ∩ I2 = [8,2 , 8,6] cm e) Os resultados obtidos comprovam o modelo de propagação retilínea da luz? Justifique. Como existe interseção ente as faixas de valores obtidas pela medida direta do diâmetro da mancha luminosa e a faixa de valores obtida com o modelo, os resultados experimentais são compatíveis com a propagação retilínea da luz. 0,2 2,0 (0,5 para cada item, perde 0,2 se o aluno errar os significativos e 0,1 se errar o arredondamento ) 0,2 (os intervalos devem ser os obtidos com as tabelas do aluno) cm 0,2 (a interseção deve ser a dos intervalos acima) 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 7,5 I1 I2 Introdução às Ciências Físicas I 1o Semestre de 2015 Gabarito da AP1 de ICF1 Profs Ana Maria Senra Breitschaft e Andre Saraiva 2 Questão 2 (1,0 ponto) Resolva as questões a seguir, relacionadas com os temas da Aula 3 do Módulo 1. Marque as afirmações abaixo como falsas (F) ou verdadeiras (V): ( F ) A normal é a reta que liga a superfície de um espelho ao olho do observador. ( V ) A normal a uma superfície esférica é a reta que liga o ponto de incidência do raio ao centro da esfera. ( V ) O ângulo de incidência é medido entre a reta normal e o raio de incidência. ( V ) Imagens virtuais são geradas pela interseção dos prolongamentos dos raios refletidos. ( F ) As imagens geradas por espelhos esféricos são sempre virtuais. ( V ) As imagens geradas por espelhos planos são sempre virtuais. ( V ) A imagem de um objeto formada por um espelho plano independe da posição do observador. ( V ) Chamamos de raios paraxiais os raios que incidem muito próximos ao eixo de um espelho esférico. ( F ) A equação de raios paraxiais é válida para qualquer objeto, espelho e observador. ( V ) Para que o observador veja a imagem de um objeto, é necessário que pelo menos dois raios atinjam seus olhos. Questão 3: (2,5 pontos) Uma fonte luminosa, que se encontra no ar (nar =1,00) e está representada na figura 2, emite raios monocromáticos. O raio 1 emitido pela fonte incide em uma esfera (cujo centro está mostrado) de um material transparente com índice de refração n=1,50. Raio 1 Fonte Figura 2 0,5 (só ganha os pontos se falar das faixas de valores e da comparação do modelo com os resultados experimentais) 0,1 por ítem 3 1 2 4 Raio 2 Introdução às Ciências Físicas I 1o Semestre de 2015 Gabarito da AP1 de ICF1 Profs Ana Maria Senra Breitschaft e Andre Saraiva 3 a) Desenhe a reta normal à superfície da esfera no ponto de incidência do raio 1. b) Meça o ângulo de incidência 1 do raio 1 com um transferidor. 𝜽𝟏 = 𝟑𝟎 𝒐 ± 𝟏𝒐 c) Utilizando a lei de Snell, calcule o ângulo de refração 2 associado ao raio 1. 𝒏𝒂𝒓 × 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟏) = 𝒏 × 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟐) 𝟏, 𝟎𝟎 × 𝒔𝒆𝒏(𝟑𝟎𝒐) = 𝟏, 𝟓𝟎 × 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟐) 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟐) = 𝟏 𝟑 ∴ 𝜽𝟐 = 𝒂𝒓𝒄𝒔𝒆𝒏 ( 𝟏 𝟑 ) [𝒐𝒖 𝒂𝒔𝒆𝒏 ( 𝟏 𝟑 ) 𝒐𝒖 𝒔𝒆𝒏−𝟏 ( 𝟏 𝟑 )]. 𝜽𝟐 = 𝟏𝟗, 𝟓 𝒐 d) Com o transferidor, desenhe o raio refratado 2 com o ângulo 2 obtido no ítem c. e) No ponto em que o raio 2 toca a superfície traseira da esfera, trace uma nova reta normal. Meça o ângulo 3 que o raio 2 faz com a nova normal. 𝜽𝟑 = 𝟐𝟎 𝒐 ± 𝟏𝒐 f) Utilizando mais uma vez a lei de Snell, calcule o ângulo 4 de refração na superfície traseira da esfera.Trace o raio refratado. 𝒏 × 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟑) = 𝒏𝒂𝒓 × 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟒) 𝟏, 𝟓𝟎 × 𝒔𝒆𝒏(𝟐𝟎𝒐) = 𝟏, 𝟎𝟎 × 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟒) 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟒) = 𝟎, 𝟓𝟏𝟑 ∴ 𝜽𝟒 = 𝒂𝒓𝒄𝒔𝒆𝒏(𝟎, 𝟓𝟏𝟑) 𝜽𝟒 = 𝟑𝟏 𝒐 Questão 4: (3,0 pontos) A O B d 1 d 2 Y X 1 2 0,3 0,2 (a incerteza não será cobrada) 0,5 0,3 0,5 (0,3 pela normal, 0,2 pelo ângulo) 0,7 (0,5 pelo cálculo, 0,2 pelo traço) �⃗⃗� 𝟏𝒚 �⃗⃗� 𝟏𝒙 �⃗⃗� 𝟐𝒚 Introdução às Ciências Físicas I 1o Semestre de 2015 Gabarito da AP1 de ICF1 Profs Ana Maria Senra Breitschaft e Andre Saraiva 4 Figura 3 a) Desenhe na figura 3 o vetor deslocamento que representa o deslocamento total, do ponto A até o ponto C. b) Projete, na figura 3, os vetores deslocamentos e nas direções dos vetores unitários e , desenhando nessa figura os vetores projetados , , e . c) Calcule as componentes , , e dos vetores e . Não é para medir no desenho. 𝒅𝟏𝒙 = |�⃗⃗� 𝟏| × 𝐜𝐨𝐬(𝜽𝟏) ∴ 𝒅𝟏𝒙 = (𝟏𝟎𝒎) × 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟓 𝒐) ≈ 𝟕, 𝟎𝟕𝒎 𝒅𝟏𝒚 = |�⃗⃗� 𝟏| × 𝐬𝐞𝐧(𝜽𝟏) ∴ 𝒅𝟏𝒚 = (𝟏𝟎𝒎) × 𝐬𝐞𝐧(𝟒𝟓 𝒐) ≈ 𝟕, 𝟎𝟕𝒎 𝒅𝟐𝒙 = |�⃗⃗� 𝟐| × | 𝐜𝐨𝐬(𝜽𝟐)| ∴ 𝒅𝟐𝒙 = (𝟏𝟔𝒎) × | 𝐜𝐨𝐬(𝟏𝟐𝟎 𝒐)| ≈ 𝟖, 𝟎𝟎𝒎 𝒅𝟐𝒚 = −|�⃗⃗� 𝟐| × |𝐜𝐨𝐬(𝜽𝟏)| ∴ 𝒅𝟐𝒚 = −(𝟏𝟔𝒎) × |𝐬𝐞𝐧(𝟏𝟐𝟎 𝒐) | ≈ −𝟏𝟑, 𝟖𝟔𝒎 Repare que 2 não está medido como um ângulo trigonométrico tradicional, logo temos que tomar cuidado com os sinais. d) Calcule as componentes e do deslocamento total . Não é para medir no desenho. 𝒅𝟑𝒙 = 𝒅𝟏𝒙 + 𝒅𝟐𝒙 = 𝟏𝟓, 𝟎𝟕𝒎 𝒅𝟑𝒚 = 𝒅𝟏𝒚 + 𝒅𝟐𝒚 = −𝟔, 𝟕𝟗𝒎 e) Calcule o módulo de e o ângulo 3 que ele faz com o eixo OX. Indique esse ângulo na figura 3. Não é para medir no desenho. |�⃗⃗� 𝟑| = √𝒅𝟑𝒙 𝟐 + 𝒅𝟑𝒚 𝟐 ≈ 𝟏𝟔, 𝟓𝟑𝒎 𝜽𝟑 = 𝑨𝒓𝒄𝑻𝒂𝒏( 𝒅𝟑𝒚 𝒅𝟑𝒙 ) = 𝑨𝒓𝒄𝑻𝒂𝒏(𝟎, 𝟒𝟓𝟎𝟓) = −𝟐𝟒, 𝟐𝒐 f) Desenhe na figura 3 o vetorposição do ponto C ( r C ). Calcule as componentes do vetor r C no sistema de eixos OXY e represente-o em termos dos vetores unitários e . Não é para medir no desenho. d 3 d 1 d 2 ˆ i ˆ j d 1x d 1y d 2x d 2 y d 1x d 1y d 2x d 2 y d 1 d 2 d 3x d 3y d 3 d 3 ˆ i ˆ j C 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 �⃗⃗� 𝟐𝒚 �⃗⃗� 𝟑 �⃗� 𝑪 Introdução às Ciências Físicas I 1o Semestre de 2015 Gabarito da AP1 de ICF1 Profs Ana Maria Senra Breitschaft e Andre Saraiva 5 𝒓𝑪𝒙 = 𝒓𝑨𝒙 + 𝒅𝟑𝒙 = 𝟐𝟏, 𝟎𝟕𝒎 𝒓𝑪𝒚 = 𝒓𝑨𝒚 + 𝒅𝟑𝒚 = −𝟔, 𝟕𝟗𝒎 �⃗� 𝑪 = 𝒓𝑪𝒙�̂� + 𝒓𝑪𝒚 𝒋̂ = (𝟐𝟏, 𝟎𝟕𝒎)�̂� + (−𝟔, 𝟕𝟗𝒎) 𝒋 ̂
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