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GEOMETRIA ÓPTICA JOÃO JOSÉ DE CARVALHO NETO JULLY ANNE TAVARES DE LIMA LUCAS MATOS SOUZA LUIS FILLIPE OLIVEIRA REIS MARLON WALLACE RIBEIRO FARIAS TAGUATINGA DF JUNHO DE 2017 JOÃO JOSÉ DE CARVALHO NETO JULLY ANNE TAVARES DE LIMA LUCAS MATOS SOUZA LUIZ FILLIPE OLIVEIRA REIS MARLON WALLACE RIBEIRO FARIAS GEOMETRIA ÓPTICA (Associação de Espelhos planos, Propriedades do raio luminoso no espelho convexo, Decomposição da luz através de um prisma, Determinação do comprimento de onda da luz) Relatório final de física teórica experimental II TAGUATINGA DF JUNHO DE 2017 EQUIPE TÉCNICA Matrícula Nomes 03/mai 09/mai 16/mai 23/mai 30/mai 06/jun 1 201702338142 João José de Carvalho Neto presente presente ausente ausente ausente ausente 2 201601503751 Jully Anne Tavares de Lima presente presente presente presente presente presente 3 201602754331 Lucas Matos Souza presente presente presente presente presente presente 4 201602623503 Luiz Fillipe Oliveira Reis presente ausente presente presente presente presente 5 201603121511 Marlon Wallace Ribeiro Farias presente presente presente presente presente presente FOLHA DE NOTA DO RENDIMENTO CORRESPONDENTE - João José de Carvalho Neto: 0% Teve duas frequências não ajudou com sua parte nos relatórios. E quatro ausências. - Jully Anne Tavares de Lima: 100% assiduidade, comprometimento. - Lucas Matos Souza: 100% assiduidade, comprometimento. - Luiz Fillipe Oliveira Reis: 95% uma ausência, comprometimento. - Marlon Wallace Ribeiro Farias: 100% assiduidade, comprometimento. Sumário Associação de Espelhos Planos e Refração .................................................................................. 7 - RESUMO ................................................................................................................................ 7 INTRODUÇÃO .................................................................................................................11 CONTEXTO GRÁFICO DO EXPERIMENTO .....................................................................17 OBJETIVOS......................................................................................................................19 METODOLOGIA................................................................................................................19 PROCEDIMENTO ............................................................................................................19 PESQUISA COMPLEMENTAR .........................................................................................21 FOTOS EM PGN ..............................................................................................................24 CURIOSIDADES ..............................................................................................................27 VÍDEOS ...........................................................................................................................30 RECOMENDAÇÕES ........................................................................................................30 CONCLUSÃO ..................................................................................................................30 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................31 DISTRIBUIÇÃO DE TAREFAS...........................................................................................31 - PROPRIEDADES DO RAIO LUMINOSO NO ESPELHO CONVEXO ............................................33 - RESUMO ...............................................................................................................................33 INTRODUÇÃO .................................................................................................................34 CONTEXTO GRÁFICO DO EXPERIMENTO .....................................................................39 OBJETIVOS......................................................................................................................41 METODOLOGIA................................................................................................................41 DESCRIÇÂO DETALHADA ...............................................................................................41 PESQUISA COMPLEMENTAR .........................................................................................41 FOTOS EM PGN ..............................................................................................................43 CURIOSIDADES ..............................................................................................................45 VÍDEOS ...........................................................................................................................48 DADOS E ANÁLISE DE DADOS .......................................................................................48 RECOMENDAÇÕES ........................................................................................................49 CONCLUSÃO ..................................................................................................................49 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................49 DISTRIBUIÇÃO DE TAREFAS...........................................................................................51 DECOMPOSIÇAO DA LUZ BRANCA ATRAVEZ DE UM PRISMA .................................................53 - RESUMO ...............................................................................................................................53 INTRODUÇÃO .................................................................................................................55 CONTEXTO GRÁFICO DO EXPERIMENTO .....................................................................57 OBJETIVOS.......................................................................................................................59 METODOLOGIA ................................................................................................................59 DESCRIÇÃO DETALHADA ................................................................................................59 PESQUISA COMPLEMENTAR ..........................................................................................60 FOTOS EM PGN ...............................................................................................................61 CURIOSIDADES ...............................................................................................................62 VÍDEOS ............................................................................................................................63 DADOS E ANÁLISE DE DADOS ........................................................................................64 RECOMENDAÇÕES .........................................................................................................64 CONCLUSÃO ...................................................................................................................65 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................65 DISTRIBUIÇÃO DE TAREFAS ...........................................................................................66DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE ONDA DA LUZ ...........................................................68 - RESUMO ...............................................................................................................................68 INTRODUÇÃO .................................................................................................................70 CONTEXTO GRÁFICO DO EXPERIMENTO .....................................................................72 OBJETIVOS.....................................................................................................................74 METODOLOGIA...............................................................................................................74 DESCRIÇÃO DETALHADA ..............................................................................................74 PESQUISA COMPLEMENTAR .........................................................................................75 FOTOS EM PGN ..............................................................................................................77 CURIOSIDADES ..............................................................................................................78 VÍDEOS ............................................................................................................................79 DADOS E ANÁLISE DE DADOS ........................................................................................79 RECOMENDAÇÕES .........................................................................................................80 CONCLUSÃO ...................................................................................................................80 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................80 DISTRIBUIÇÃO DE TAREFAS ...........................................................................................81 EXERCÍCIO DE ÓPTICA GEOMÉTRICA.......................................................................................83 Disciplina: Física teórica e experimental II Turno: Noturno Turma: 3009 Data: 02/05/2017 Grupo: Grupo 1 Líder: Lucas Matos Souza Horário: Terça-feira 21h05 as 22h45 01 João José de Carvalho Neto 201702338142 02 Jully Anne Tavares de Lima 201601503751 03 Lucas Matos Souza 201602754331 04 Luiz Fillipe Oliveira Reis 201602623503 05 Marlon Wallace Ribeiro Farias 201603121511 1-Associação de Espelhos Planos e Refração Universidade Estácio 1.1 - RESUMO A partir do estudo de alguns conceitos de óptica geométrica como: Intensidade luminosa que é a concentração de luz numa dada direção específica irradiada por segundo, de simbologia (I) a unidade sendo a candela(cd). A intensidade não é uma função da distância. Luminosidade que é a quantidade de energia que um corpo irradia em uma unidade de tempo geralmente expressa em Watts ou em termos de luminosidade solar, sendo uma constante intrínseca independente da distancia. Luminância está relacionada a densidade da intensidade luminosa. VII Fonte luminosa é todo corpo capaz de emitir luz, ou seja, todo corpo visível. Aos corpos que produzem e emitem luz própria damos o nome de fonte primária ou corpos luminosos, aos corpos que emitem ou difundem luz de uma fonte primária damos o nome de fonte secundária ou corpos iluminados. Em exemplo temos o sol fonte primária e a lua fonte secundária. A quantidade de luz em ambientes também se foi colocada em nossos conceitos para a melhor compreensão de iluminância. 8 Conceitos como reflexão, refração e difração das ondas foram citados. 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. i = ângulo de incidência, formado entre o raio incidente e a reta normal. r = ângulo refletido, formado entre o raio refletido e a reta normal Chamamos de refração da luz o fenômeno em que ela é transmitida de um meio para outro diferente. Nesta mudança de meios a frequência da onda luminosa não é alterada, embora sua velocidade e o seu comprimento de onda sejam. Com a alteração da velocidade de propagação ocorre um desvio da direção original. Difração é um fenômeno que acontece quando uma onda encontra um obstáculo. Em física clássica, o fenômeno da difração é descrito como uma aparente 9 flexão das ondas em volta de pequenos obstáculos e também como o espalhamento, ou alargamento, das ondas após atravessar orifícios ou fendas. Introduzindo tais conceitos que nos auxiliaria na formação dos nossos conhecimentos sobre óptica geométrica com o objetivo de proporcionar e facilitar nos experimentos. Parte experimental: . Associação de espelhos planos; . Teria óptica; . Refração da moeda; 10 . Luxímetro e a luminosidade. Contudo, podemos observar diversos fenômenos de óptica geométrica inclusive na comparação de teoria com efeitos práticos. Vimos que a luz tem diversas partes e estudos variados. 1.2 - INTRODUÇÃO Intensidade luminosa: Intensidade luminosa é a concentração de luz numa dada direção específica, irradiada por segundo. É designado pelo símbolo I. A unidade é a candela (cd). A intensidade luminosa pode ser definida como: O fluxo luminoso numa dada direção, irradiada por unidade de ângulo. 11 A Luminosidade é a quantidade de energia emitida por uma estrela a cada segundo sendo uma quantidade fundamental na Astronomia e na Astrofísica. Muito do que é aprendido sobre os objetos celeste vem da análise da sua luz. Isto tem a ver com o fato de os processos físicos que ocorrem nas estrelas são registrados e transmitidos pela luz. A luminosidade é medida em unidades de energia por segundo. Todas as estrelas irradiam luz numa gama larga de frequências do espectro eletromagnético, desde as ondas de rádio de baixa energia até aos raios altamente energéticos que são os raios-gama. Uma estrela que emita predominantemente na região dos ultravioletas do espectro produz uma quantidade total de energia com ordens de grandeza maiores que uma estrela que emita principalmente na zona dos infravermelhos. Como tal, a luminosidade é uma medida de energia emitida por uma estrela em todos os comprimentos de onda. A relação entre o comprimento de onda e a energia foi quantificada por Einstein como sendo E = h * v em que 'v' é a frequência, o 'h' é a constante de Planck e o 'E' é a energia dos fotões em Joules. Como tal, comprimentos de onda menores (e, deste modo, maiores frequências), correspondem a energias mais altas. A luminosidade depende tanto da temperatura como da área da superfície. Isto faz sentido, porque um tronco irradia mais energia do que um fósforo, ainda que ambos tenham a mesma temperatura. Do mesmo modo, um ferro aquecido a 2000 graus emite mais energia do que se for aquecido a apenas 200 graus. A luz na forma como a conhecemos é uma gama de comprimentos de onda a que o olho humano é sensível. Trata-se de uma radiação eletromagnética pulsante ou num sentido mais geral, qualquer radiação eletromagnética que se situa entre as radiações infravermelhase as radiações ultravioletas. As três grandezas físicas básicas da luz (e de toda a radiação eletromagnética) são: brilho (ou amplitude), cor (ou frequência), e polarização (ou ângulo de vibração). Devido à dualidade onda- partícula, a luz exibe simultaneamente propriedades de ondas e partículas. A função de luminosidade ou função eficiência luminosa descreve a sensibilidade média visual do olho humano para a luz de comprimentos de onda diferentes. Ele não deve ser considerado perfeitamente precisa em todos os casos, mas é uma representação muito boa de sensibilidade visual do olho humano e é 12 valiosa como uma linha de base para fins experimentais. É uma função estabelecida pela Comissão Internationale de l'Éclairage (CIE) e pode ser usado para converter energia radiante em luminosa (isto é, visível) de energia. É também forma o centro de função combinação de cores no espaço de cores CIE 1931. Figura 1- espectro luminoso Fontes luminosas: É definida como: os corpos dos quais podemos receber luz; Ela é dividida em fontes primárias e fontes secundárias. - Fontes primárias=são corpos que emite luz própria. O nosso maior exemplo é sol, mas podemos citar outros, como a chama de uma vela, as estrelas, as lâmpadas acesas, etc. - Fontes secundárias=são corpos que são iluminados pela vinda da fonte primária. Assim os vemos quando esta luz que os atinge, reflete, e chega ate os nossos olhos. Temos como exemplo uma infinidade de objetos; a lua, plantas, árvores, mesas, etc. Luminosidade adequada para diferentes ambientes: Para cada ambiente, temos uma iluminação adequada. Esse é um conceito fundamental para a definição da quantidade de luz mais adequada para cada situação. A iluminância é a quantidade de luz presente em um ambiente ou superfície e a unidade de medida utilizada é o LUX (lx). Existe uma Norma Técnica que determina o nível de Iluminância ideal para ambientes de acordo com as atividades que serão executadas no espaço. A norma é 13 a NBR 5413 (Iluminância de Interiores) da ABNT. Conheça os principais níveis de iluminância residencial normatizados. Figura 2- normas técnicas ABNT ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas | NBR – Norma Brasileira Para avaliar se um conjunto de iluminação artificial está bem dimensionado para o ambiente e para as tarefas que ali serão executadas você precisa calcular o nível de iluminância e confrontar com a tabela da norma ABNT. Mas, como calcular o nível de iluminância em um ambiente ou superfície? Esse cálculo é complexo e envolve uma série de fatores que interferem em maior ou menor grau na iluminância no ambiente. Os profissionais da Luminotécnica utilizam vários outros conceitos e ferramentas para definir com maior precisão a real necessidade de luz para cada ambiente. Aqui você encontra uma forma simplificada que vai te ajudar a ter uma ideia se a luminária e a lâmpada escolhidas fornecerão luz suficiente. A fórmula simplificada é lm (fluxo luminoso da lâmpada) /m² do ambiente = lux 14 Índice de refração Quando estamos do lado de fora de uma piscina, ela parece ser mais rasa do que realmente é. Isso ocorre por um fenômeno físico chamado refração. Sendo assim, podemos dizer que refração é o nome dado ao fenômeno que ocorre quando a luz, ao passar de um meio de propagação para outro, sofre uma variação rápida em sua velocidade de propagação. Na água- índice de refração é representado pela letra n, de um meio para uma dada luz monocromática, como sendo o quociente entre a velocidade de propagação de um raio de luz no vácuo (c) e sua velocidade de propagação no meio onde está sendo estudado. Assim, matematicamente temos: Onde c é a velocidade da luz no vácuo e v é a velocidade da luz no meio considerado. Temos que lembrar algumas características a respeito do índice de refração, são elas: O índice de refração é uma grandeza adimensional, isto é, não possui unidade de medida. - qualquer meio material deve ter um índice de refração maior do que 1. - o índice de refração de determinado meio indica quantas vezes a velocidade da luz no vácuo é maior do que naquele meio. - quando comparamos meios ópticos transparentes, é comum utilizar o termo refringência, portanto dizemos que o meio A é mais refringente que o meio B. - o índice de refração do vácuo, por hipótese, é igual a 1. - índice de refração absoluto é inversamente proporcional à velocidade de propagação da luz no meio, isto é, quanto menor for a velocidade de propagação da luz, maior será o índice de refração do meio. 15 - o índice de refração de um meio material depende da cor da luz monocromática. Meio material Índice de refração (n) ar 1,00 água 1,33 No ar- quanto maior o índice de refração de um material, em relação ao ar, maior será o desvio da luz quando passa do ar para água, vidro e diamante; em todos os casos, a luz incide na interface que separa os meios com um ângulo de 60º, para podermos comparar. O desvio é maior para o diamante, que tem maior índice de refração. Figura 3- angulação desvio de refração 16 1.3 - CONTEXTO GRÁFICO DO EXPERIMENTO Figura 4- lentes banco ótico Analisamos a associação de espelhos planos; Figura 5- experimento espelhos planos 17 Analisamos experimento de refração com a moeda na bacia; Figura 6- experimento refração na agua Analisamos refração no ar e no vidro com a utilização do laiser; Figura 7- experimento refração no ar e vidro 18 1.4 - OBJETIVOS Estudar e calcular o índice de refração e sua velocidade no meio; observar o fenômeno da refração; verificar a mudança de refração da luz ao passar de um meio para outro; compreender que um raio de luz pode sofrer reflexão total ao passar de um meio para outro; conhecer os equipamentos, a construção e a importância; 1.5 - METODOLOGIA Para a compreensão do estudo abordado utilizaremos o manual de instruções e guia de experimentos (banco ótico), postado no modle pelo professor, pelos experimentos realizados no laboratório, aula a aula e assistindo a vídeos o aluno poderá explicar que estará acontecendo e auxiliar nas atividades desenvolvidas que contribuirá para sua aprendizagem 1.7 - PROCEDIMENTO Experimento Associação de Espelhos Planos Nesse experimento para a montagem foi utilizado uma combinação de espelhos, onde foi apoiado um de frente para o outro, sendo que em uma extremidade foram juntados e na outra na outra extremidade teve afastamento de acordo com o ângulo adotado que foi de 60 graus, com auxílios de alguns alunos foi ajustada angulosidade e também colocado um capacitor no ponto zero. Então depois de toda montagem pronta foi observadas a quantidades de imagens vista, sabendo que a equação utilizada para saber essa quantidade de imagem e N=(360º/Xº) – 1 , logo Xº = 60º N= (360º/60) – 1 = 5 Como diz o resultado na equação também foi o que foi observado pelos alunos a quantidade de 5 imagens. Experimento com a teria óptica Foi utilizado para realizar esse experimento um borrifador de agua, um laser e a teria então a teria recebeu essa luz do laser e e também foi borrifado agua e as partículas de agua ficou iluminada pelo trajeto do raio, a incidência do raio vai ser retilínea sempre mais já a reflexão na medida que a agua vai ficando pela teria vai se 19 destorcendo no inicio ao jogara agua ela e quase perfeita mais ao criar posas d’água ela se destorce. Ópticas geométricas nesse caso são estudados os fenômenos ópticos relacionados as às trajetórias seguidas pela luz. Para isso é necessário a noção de raio e luz e as leis que regulamentam o comportamento desses raios. Sendo representado geometricamente: Experimento da moeda refração Neste experimento utilizamos um prato uma moeda e água, foi colocada no fundo do prato uma moeda, os alunos se posiciona de tal forma que a borda do prato a impediam de ver a moeda. Ao despejar a água no prato, à medida que o prato vai se enchendo de água, os alunos que observam passam a ver a moeda como se ela estivesse flutuando um pouco abaixo da superfície da água. Quando a água é colocada no prato a luz que vemos da moeda e uma refração, desviando – se de sua trajetória ao atravessa a superfície da água e chega aos olhos do observador, o observado passa ver a moeda no Prolongamento dos raios luminosos que chegam aos seus olhos, portanto parece que essa moeda está no ponto mais alto. Experimento luminosidade utilizando o luxímetro 20 Com a aparelho luxímetro que serve para medir a quantidade de luminosidade que está sendo emitida em um ambiente, saímos em grupo de alunos fazendo algumas medições pela faculdade, onde houveram alterações nas iluminações, assim como: Na nossa sala de 185. Na biblioteca 2 medições de 263 e 356 1.9 - PESQUISA COMPLEMENTAR Óptica é o ramo da física que estuda os fenômenos relacionados à luz. Devido ao fato do sentido da visão ser o que mais contribui para a aquisição do conhecimento, a óptica é uma ciência bastante antiga, surgindo a partir do momento em que as pessoas começaram a fazer questionamentos sobre o funcionamento da visão e sua relação com os fenômenos. Os princípios fundamentais da óptica são: - Princípio da Propagação Retilínea: a luz sempre se propaga em linha reta; - Princípio da Independência de raios de luz: os raios de luz são independentes, podendo até mesmo se cruzarem, não ocasionando nenhuma mudança em relação à direção dos mesmos; 21 - Princípio da Reversibilidade da Luz: a luz é reversível. Por exemplo, se vemos alguém através de um espelho, certamente essa pessoa também nos verá. Assim, os raios de luz sempre são capazes de fazer o caminho na direção inversa. Formas de propagação da luz: Os meios transparentes permitem a passagem ordenada dos raios de luz, dando a possibilidade de ver os corpos com nitidez. Exemplos: vidro polido, ar atmosférico, etc. Nos meios translúcidos a luz também se propaga, porém de maneira desordenada, fazendo com que os corpos sejam vistos sem nitidez. Exemplos: vidro fosco, plásticos, etc. Os meios opacos são aqueles que impedem completamente a passagem de luz, não permitindo a visão de corpos através dos mesmos. Exemplos: portas de madeira, paredes de cimento, pessoas, etc. Quando os raios de luz incidem em uma superfície, eles podem ser refletidos regular ou difusamente, refratados ou absorvidos pelo meio em que incidem. A reflexão regular ocorre quando um raio de luz incide sobre uma superfície e é refletido de forma cilíndrica, diferentemente da reflexão difusa, onde os feixes de luz são refletidos em todas as direções. A refração da luz ocorre quando os feixes de luz mudam de velocidade e de direção quando passam de um meio para outro. A absorção é o fenômeno onde as superfícies absorvem parte ou toda a quantidade de luz que é incidida. Classificação das fontes luminosas: - Fontes de luminescência: A luminescência é a emissão da luz por uma substancia quando submetida a algum tipo de estimulo com luz, reação química e radiação ionizante. - Fontes de fluorescência: Fluorescência é a capacidade de uma substância de emitir luz exposta a radiação ultravioleta, raios catódicos ou raios X. As radiações absorvidas (invisíveis ao olho humano) transformam-se em luz visível, ou seja, com um comprimento de onda maior que o da radiação incidente. - Fontes de incandescência: A incandescência consiste no processo de emissão de radiação eletromagnética por um corpo sob alta temperatura. Refração e índice de refração: 22 Quando estamos do lado de fora de uma piscina, ela parece ser mais rasa do que realmente é. Isso ocorre por um fenômeno físico chamado refração. Sendo assim, podemos dizer que refração é o nome dado ao fenômeno que ocorre quando a luz, ao passar de um meio de propagação para outro, sofre uma variação rápida em sua velocidade de propagação. Quando estudamos a refração com a intenção de considerar a variação na velocidade de propagação da luz, estamos definindo, para os meios homogêneos e transparentes, um número denominado índice de refração. Sendo assim, podemos definir o índice de refração, que é representado pela letra n, de um meio para uma dada luz monocromática, como sendo o quociente entre a velocidade de propagação de um raio de luz no vácuo (c) e sua velocidade de propagação no meio onde está sendo estudado. Assim, matematicamente temos: Onde c é a velocidade da luz no vácuo e v é a velocidade da luz no meio considerado. Temos que lembrar algumas características a respeito do índice de refração, são elas: - o índice de refração é uma grandeza adimensional, isto é, não possui unidade de medida. - qualquer meio material deve ter um índice de refração maior do que 1. - o índice de refração de determinado meio indica quantas vezes a velocidade da luz no vácuo é maior do que naquele meio. - quando comparamos meios ópticos transparentes, é comum utilizar o termo refringência, portanto dizemos que o meio A é mais refringente que o meio B. - o índice de refração do vácuo, por hipótese, é igual a 1. 23 - índice de refração absoluto é inversamente proporcional à velocidade de propagação da luz no meio, isto é, quanto menor for a velocidade de propagação da luz, maior será o índice de refração do meio. - o índice de refração de um meio material depende da cor da luz monocromática. Índice de refração relativo: Definimos o índice de refração relativo do meio 1 em relação ao meio 2, n1,2, como sendo o quociente entre o índice de refração do meio de propagação 1 e o índice de refração absoluto do meio 2. Matematicamente temos: 1.10-FOTOS EM PGN Figura 1: Lentes do Banco óptico 24 Figura 2: Lentes do Banco óptico Figura 4: Base metálica e Disco giratório 25 Figura 4: Disco giratório com escala angular Figura 5: Disco giratório com espelhos ajustados em 60º 26 Figura 6: Disco giratório e espelho 60º(visão frontal) 1.11 - CURIOSIDADES O Labirinto de Espelhos Em um labirinto de espelhos as paredes são cobertas por espelhos do piso até o teto. 27 Andando no interior de um desses labirintos, o que se vê, na maioria das direções, é uma superposição confusa de reflexos. Em certas direções, porém, parece haver um corredor comprido que conduz à saída. Ao tomar um desses corredores porém, descobrimos, depois de esbarrar em vários espelhos, que ele não passa de uma ilusão. A figura abaixo representa uma vista de topo de um labirinto de espelhos simples, no qual o piso foi dividido em triângulos equiláteros (ângulos de 60°) e as paredes foram cobertas por espelhos verticais. O observador está no ponto O, no centro da entrada do labirinto. Olhando na maioria das direções o que vê éuma superposição confusa de imagens. Entretanto, quando o observador olha na direção do raio mostrado na figura acima algo curioso acontece. O raio parte do centro do espelho B e é refletido no centro do espelho A antes de chegar ao observador. (A reflexão obedece à lei da reflexão e, portanto, o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão são iguais a 30°). Para entender o raio que está chegando, o cérebro do observador automaticamente prolonga o raio na direção oposta. Assim, ele parece se originar em um ponto situado atrás do espelho A. Em outras palavras, o observador observa uma imagem virtual de B atrás de A, situada a uma distância entre A e B. 28 Assim, quando o observador olha nessa direção, enxerga o ponto B, aparentemente na extremidade de um corredor constituído por quatro cômodos triangulares. Esta descrição, porém, não está completa, já que o raio visto pelo observador não parte do B, mas é apenas refletido nesse ponto. Para determinar a origem do raio, reconstituímos seu trajeto ao longo dos espelhos, aplicando a lei da reflexão, e chegamos à conclusão de que provém do próprio observador! O que o observador vê ao olhar na direção do corredor aparente é uma imagem virtual de si próprio, a uma distância de nove cômodos triangulares. 29 1.12 - VÍDEOS 1.13 - RECOMENDAÇÕES - Todo experimento realizado com o auxilio do assistente. Houve uma melhor compreensão de todos os integrantes. - Aplicar os experimentos e conceitos no âmbito da engenharia desenvolvendo assim uma analise voltada a área. 1.14 - CONCLUSÃO A partir dos experimentos realizados foi possível verificar na prática as leis da reflexão, da refração e as propriedades das lentes na associação de espelhos. Dessa maneira as práticas alcançaram os seus respectivos objetivos em todos os casos, quantificação de imagens através do espelho, as trajetórias seguidas pela luz, prolongamento dos raios luminosos e a verificação da luminosidade. Vídeo 1: Espelhos Planos Video 2 : Esperimento Espelho Infinito 30 1.15 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS <Halliday, D., Resnick, R., Walker, J. – Fundamentos de Física volume 2 - São Paulo: Livros Técnicos e Científicos Editora, 8ª Edição, 2011>; <http://www.schreder.com/pt- pt/learningcenter/conceitosbasicosdeiluminacao/luminous-intensity> <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgII8AL/intensidade-luminosa> <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/indice-refracao.htm> < http://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-refracao-luz.htm> < Manual Azeheb, Laboratórios de Física, Banco ÓTICO> 1.16 - DISTRIBUIÇÃO DE TAREFAS OBs: O aluno João José de Carvalho Neto não ajudou o líder no caso Lucas Matos assumiu sua parte. 31 Disciplina: Física teórica e experimental II Turno: Noturno Turma: 3009 Data: 09/05/2017 Grupo: Grupo 1 Líder: Lucas Matos Souza Horário: Terça-feira 21h05 as 22h45 01 João José de Carvalho Neto 201702338142 02 Jully Anne Tavares de Lima 201601503751 03 Lucas Matos Souza 201602754331 04 Luiz Fillipe Oliveira Reis 201602623503 05 Marlon Wallace Ribeiro Farias 201603121511 32 2 - PROPRIEDADES DO RAIO LUMINOSO NO ESPELHO CONVEXO Universidade Estácio 2.1 - RESUMO A partir de alguns conceitos de óptica geométrica como: - Espelho convexo: Espelho Convexo é caracterizado como sendo um espelho esférico, e pode ser considerado para qualquer superfície externa na forma de uma calota esférica que seja capaz de refletir a luz incidente, ou seja, o espelho convexo é uma “fatia” de uma esfera, essa fatia é chamada de calota esférica, e por isso conhecido de espelho esférico, e a parte que reflete (polida) é a parte externa dessa calota. Os raios de luz incidentes nesse espelho refletem de forma divergente e tem seus prolongamentos direcionados para o que se encontra no lado posterior do espelho. Assim, as imagens conjugadas por um objeto real, tem natureza virtual e seu 33 tamanho é sempre menor em relação ao objeto sendo orientadas no mesmo sentido do objeto, portanto direitas. O espelho convexo consiste em um tipo de espelho esférico onde sua reflexão ocorre no lado exterior da esfera, consiste em um espelho que altera a imagem refletida por ela deixando a sempre com uma imagem: virtual, direita, e menor que a imagem original do objeto. - A imagem em espelhos convexos: O lado convexo da colher exemplifica um espelho convexo. Espelhos desse tipo fornecem, como você pode verificar, uma imagem direita (isto é, que não está de cabeça para baixo) e que é menor que o objeto. Como fornecemos imagens reduzidas, os espelhos convexos permitem visualizar uma região maior do que seria visualizada num espelho plano. E isso você pode comprovar com auxilio da colher. Com o objetivo de observar os raios de luz e como se comportam quando refletidos em um espelho convexo e verificar as propriedades do raio luminoso. Contudo, podemos identificar suas utilizações e propriedades no cotidiano e como isso se emprega dentro da engenharia. 2.2 - INTRDUÇÃO - Espelho Convexo -é caracterizado como sendo um espelho esférico, e pode ser considerado para qualquer superfície externa na forma de uma calota esférica que seja capaz de refletir a luz incidente, ou seja, o espelho convexo é uma “fatia” de uma 34 esfera, essa fatia é chamada de calota esférica, e por isso conhecido de espelho esférico, e a parte que reflete (polida) é a parte externa dessa calota. Segue abaixo uma imagem que ilustra a formação de dois espelhos esféricos, um na parte externa da calota e outra na parte interna. Figura 7- forma de uma calota esférica e suas superfícies Comumente os espelhos convexos são utilizados para “prolongar” a visão, sendo assim podemos ver ângulos refletidos por eles que não conseguiríamos ver utilizando espelhos planos por exemplo. Com isso se costuma dizer que tais espelhos permitem ampliar o campo de visão. Geralmente esse tipo de espelho é encontrado em corredores de supermercado, farmácias, saídas de estacionamentos, retrovisores de veículos - para quem anda de ônibus já deve ter percebido logo acima das portas de saída, enfim entre outros lugares que necessitem ter uma visão prolongada do ambiente. Figura 8-a visão circular do espelho convexo. 35 Na figura 2 a parte em negrito destaca uma visão 2D do espelho convexo na calota esférica, na figura temos o raio (R) que é a medida conhecida como Raio de Curvatura do espelho, sendo definido como a distância medida da superfície externa do espelho até o centro (C), que é conhecido como Centro de Curvatura, o ponto (C) coincide com o centro da esfera que originou o espelho. Nos espelhos esféricos também temos o conhecido Ponto Focal (F), que é um ponto médio entre o centro e a curvatura do espelho, esse ponto médio fica sobre a reta (R), o ponto (F) é o local para onde os raios refletidos ou prolongados se convergem. A medida entre o ponto focal e o vértice do espelho é a distância focal (f), como vimos o ponto focal fica localizado no ponto médio entre o centro de curvatura e o vértice do espelho, assim podemos afirmar que a distância focal pode ser definida como a metade da medidado raio: f= 𝑅 2 (1) O vértice (V) é ponto tangencial descrito na curvatura do espelho, e fica localizado sobre o eixo (e) do espelho, o eixo está representado como uma linha de centro no espelho que une o centro de curvatura, o foco e o vértice. Abaixo podemos ver cada dos elementos do espelho esférico na figura 3: Figura 9- elementos de um espelho esférico. Para determinarmos como são formadas as imagens em um espelho convexo, devemos conhecer o comportamento dos raios de luz incidentes, ou seja, quando atingem a superfície do espelho e refletem as imagens. É muito importante ser bem 36 definido esse conceito pois auxilia muito a resolução de problemas, e poderá ser utilizado para os dois tipos de espelhos esféricos (côncavo e convexo). Figura 10- ilustração dos raios incidentes de um espelho convexo. Para a formação das imagens temos, por exemplo, a necessidade de apenas utilizarmos dois feixes de raios de luz incidentes nos espelhos. Por esses dois raios, determinamos a posição da imagem refletida, tamanho e característica. Figura 11-raios emanados do objeto incidentes no espelho formando a imagem. Para o espelho convexo temos apenas um caso para a formação da imagem. Para um objeto (O) posicionado a frente do espelho, os raios R¹ e R² emitidos do objeto incidem no espelho e esses refletem de acordo com o comportamento que vimos anteriormente. No encontro do prolongamento dos raios, temos a formação da 37 Imagem, que no caso é caracterizada como sendo virtual (pois é constituída pelo prolongamento dos raios incidentes, outra característica é que tal imagem não é constituída por luz na formação), Direita (mesma direção do objeto) e reduzida (porque é menor que o objeto). No nosso cotidiano podemos encontrar alguns espelhos em lugares estratégicos como, por exemplo, no fundo dos ônibus coletivos e em supermercados, ambos tendo a finalidade de observar as pessoas. Percebemos que esses espelhos têm um formato diferente dos espelhos que temos em nossas residências, ou seja, são espelhos curvos. Existem vários tipos de espelhos curvos, como: esféricos, parabólicos ou com curvas quaisquer sem denominação esférica. Os espelhos esféricos são os mais importantes; Eles podem ser de dois tipos: côncavo ou convexo, sendo aplicados em diferentes áreas e situações. Figura 12 -espelho convexo e côncavo Caso um objeto qualquer seja colocado diante de um espelho convexo, usaremos dois raios para construir a imagem. Como mostra a figura, a imagem do objeto estará no encontro dos prolongamentos dos raios refletidos. Figura 13-construindo imagem n espelho convexo 38 2.3 - Contexto gráfico do experimento Montamos o equipamento do raio luminoso no espelho convexo; Figura 14- equipamento de realização do raio luminoso Identificamos os matérias necessários para a realização do experimento; 39 Figura 15- primeira observação do raio luminoso Identificamos o principal elemento do espelho convexo; Figura 16-experimento espelho convexo 40 2.4 - Objetivo Observar como os raios de luz se comportam quando são refletidos por ele; a importância dele no nosso cotidiano; saber identificar imagem real e virtual; saber diferenciar o convexo do côncavo. 2.5 - Metodologia Para essa compreensão do estudo de espelhos, utilizaremos o manual de instruções onde utilizamos o experimento da página 06, que foi realizado em sala pelo nosso grupo; Através da montagem e realização do experimento, juntamente com pesquisas da internet e livros, poderemos explicar e responder as perguntas referentes ao nosso experimento. 2.6 - Descrição detalhada Uma vez montado o equipamento, colocamos o espelho convexo no disco giratório. Posicionou a lente convergente a qual está acoplado o cavaleiro metálico, de forma que os raios refratados fossem paralelos entre si. Ajustamos o feixe luminoso paralelamente ao eixo principal do espelho convexo, podemos identificar os elementos principais do espelho convexo, permitem um ângulo de visão de 90° graus, por isso são próprios para a visualização de esquinas, corredores, pátios de manobras, portões de garagem, entrada de condomínios e muitos outros lugares, descobrimos também que o ponto de cruzamento do feixe refletido com o ponto principal do espelho convexo pode se chamar convergente ou divergente, o foco do espelho convexo e virtual. 2.7 - PESQUISA COMPLEMENTAR - Espelho Côncavo: É caracterizado como sendo um espelho esférico, e pode ser encontrado em qualquer superfície interna na forma de uma calota esférica, desde que essa superfície seja capaz de refletir os raios de luz que incidirem, o espelho côncavo está contido em uma “fatia” de esfera, essa fatia é chamada de calota esférica, e o reflexo está localizado na parte interna da calota. Abaixo segue uma 41 ilustração de uma calota esférica e a localização da superfície de onde podemos ter um espelho côncavo. Comumente os espelhos côncavos são utilizados em aplicações bem específicas, isso ocorre por que as imagens formadas variam de acordo com a posição do objeto. Podem ser encontrados em alguns tipos de telescópios, projetores e também é comumente encontrado nos consultórios odontológicos, pois com ele é possível observar determinadas características dos dentes, e é comum o uso também da maquiagem. Isso se justifica pois diante dos espelhos côncavos onde o objeto se situa bem próximo do espelho, para ser mais preciso, entre o vértice e o foco, a imagem resultado é virtual, direta e ampliada, o que resulta em uma melhor nitidez e visualização das características do objeto a ser observado. - Reflexão da luz em espelhos esféricos : Assim como para espelhos planos, as duas leis da reflexão também são obedecidas nos espelhos esféricos, ou seja, os ângulos de incidência e reflexão são iguais, e os raios incididos, refletidos e a reta normal ao ponto incidido. 42 2.8 - Figuras Em pgn Figura 1: Disco giratório e Base metálica Figura 2: Disco giratório e Base metálica 43 Figura 3: Disco giratório e Base metálica Figura 4: Experimento sendo realizado 44 Figura 5: Resultado obtido do experimento 2.9- Curiosidades Deparamos-nos diariamente com diversas situações em que o uso de um espelho se faz necessário. Temos como algumas dessas situações: 45 Uso de espelhos em telescópios: Um espelho primário côncavo é aferido por meio de um aparelho chamado Este aparelho possui uma fonte de luz (lâmpada) e uma rede de difração. A luz atravessa uma fenda e um feixe de luz é enviado para o espelho. O aparelho é colocado sempre nas proximidades do raio de curvatura do espelho que corresponde ao dobro do valor da distância focal. O espelho reflete então a luz (que passou pela fenda) e chega até a rede de difração. Logo atrás da rede o observador aproxima seu olho para fazer a análise da superfície óptica. Espelhos utilizados por dentistas: Os dentistas, para poder enxergar melhor os dentes de seus pacientes, utilizam espelhos côncavos. O dentista aproxima o espelho da boca do paciente, o resultado será uma imagem virtual, ampliada e direta para melhor nitidez e visualização dos dentes do paciente. 46 Uso de espelhos no farol deum carro: O farol do carro é construído com dois espelhos côncavos associados, a fim de se obter um feixe paralelo de luz, com alta eficiência no aproveitamento da luz emitida por um pequeno filamento aquecido. O filamento deve ser posicionado no foco do espelho E1. A luz emitida para o lado do espelho E1 sairá praticamente como um feixe paralelo ao eixo principal do conjunto. A luz emitida para o lado oposto atingirá em parte o espelho E2. Este espelho deve ser posicionado de forma que o seu centro de curvatura coincida com a posição do filamento. Assim sendo, a luz dirigida para o espelho E2 será refletida de volta para o espelho E1, passando pelo foco deste último. Dessa forma, o raio refletido em E1 sairá também paralelamente ao eixo principal. Obviamente, o filamento deve ser pequeno comparado com o espelho E1 e o espelho E2 deve ser menor do que o outro. Espelhos não esféricos são frequentemente usados a fim de melhorar a eficiência. 47 Uso de espelhos em equipamentos de segurança: Um espelho convexo se caracteriza fisicamente por apresentar a sua superfície esférica externa como face refletora. Os raios de luz incidentes nesse espelho refletem de forma divergente e tem seus prolongamentos direcionados para o que se encontra no lado posterior do espelho. Assim, as imagens conjugadas por um objeto real, tem natureza virtual e seu tamanho é sempre menor em relação ao objeto sendo orientadas no mesmo sentido do objeto, portanto direitas. Devido essas características, esses espelhos têm aplicações diversas quando se deseja um grande aumento no campo visual sendo uma ótima ferramenta quando se trata de vigilância, pois a pessoa que esta observando do espelho pode varrer uma área maior em menos tempo. 2.10 – Vídeos 2.11- DADOS E ANÁLISE DE DADOS De acordo com o manual Pag.06 e de acordo com a literatura: Com a montagem do equipamento realizada ajustado o feixe luminoso paralelamente ao eixo principal de eixo convexo. O ponto de cruzamento do feixe refletido com o eixo principal do espelho convexo foi denominado divergente pois os raios de luz se afastam um do outro ao longo da trajetória. O foco virtual, direto. Com as propriedades do raio luminoso sendo: 1. Todo raio que incide passando pelo foco é refletido paralelamente. Foco do espelho esférico Experimento espelho concavo 48 2. Todo raio que incide paralelamente é refletido passando pelo foco. 3. O raio que incide em cima do vértice tem o mesmo ângulo de incidência e reflexão, se tomarmos como referência a linha imaginária que passa por cima do centro de curvatura e consequentemente pelo vértice. 4. Quando o raio incide passando pelo centro da curvatura ele é refletido na mesma direção. 2.12 - RECOMENDAÇÕES - Todo experimento realizado com o auxilio do assistente. Houve uma melhor compreensão de todos os integrantes. - Aplicar os experimentos e conceitos no âmbito da engenharia desenvolvendo assim uma analise voltada a área. - A inclusão de um tópico na formação do relatório, uma parte onde expomos curiosidades. 2.13 - CONCLUSÃO Contudo, de acordo com os estudos, pesquisas e experimento realizado verificamos as propriedades dos raios luminosos através do espelho convexo e suas atribuições no nosso cotidiano e dentro da engenharia. Conhecemos mais sobre a óptica geométrica e a características de suas imagens. 2.14 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS < Halliday, David; Resnick, Robert; Walker Jearl; trad. de Biasi, Ronaldo Sérgio. Fundamentos de Física. vol.4. Rio de Janeiro: LTC, 2003.> 49 <http://www.integrandoconhecimento.com/single-post/2016/03/03/Como- funciona-um-prisma> < Halliday, David; Resnick, Robert; Walker Jearl; trad. de Biasi, Ronaldo Sérgio. Fundamentos de Física. vol.4. Rio de Janeiro: LTC, 2003.> <Os fundamentos da física;Ramalho,Nicolau,Toledo. Vol 2. São Paulo 2007> <http://www.infoescola.com/optica/espelho-convexo/> nº Matrícula Nomes Frequencia Partes 1 201702338142 João José de Carvalho Neto presente - Dados obtidos; - Organização de dados; - Análize de dados; - Resultados obtidos; - Elaboração de pesquisa complementar. 2 201601503751 Jully Anne Tavares de Lima presente - Introdução; - Contexto gráfico do experimento; - Descrição dos objetivos; - Explicação de metodologia e/ou procedimento. 3 201602754331 Lucas Matos Souza presente - Resumo; - Conclusões; - Recomendações. 4 201602623503 Luiz Fillipe Oliveira Reis ausente -fotos ( em PNG); - Anexo de Vídeos; - Curiosidades. 5 201603121511 Marlon Wallace Ribeiro Farias presente - Descriçao detalhada no procedimento; - Grandezas, unidades e mensurando e medidas realizadas; - Representação dos dados( Tabelas e gráficos). 50 2.15 - DISTRIBUIÇÃO DE TAREFAS OBs: * O aluno João José de Carvalho Neto estava presente mais não colaborou com o relatório Lucas Matos Souza assumiu sua parte correspondente. * Com a ausência do aluno Luiz Fillipe Oliveira Reis a aluna Jully Anne Tavares de Lima assumiu sua parte correspondente. 51 Disciplina: Física teórica e experimental II Turno: Noturno Turma: 3009 Data: 16/05/2017 Grupo: Grupo 1 Líder: Lucas Matos Souza Horário: Terça-feira 21h05 as 22h45 01 João José de Carvalho Neto 201702338142 02 Jully Anne Tavares de Lima 201601503751 03 Lucas Matos Souza 201602754331 04 Luiz Fillipe Oliveira Reis 201602623503 05 Marlon Wallace Ribeiro Farias 201603121511 52 3 - DECOMPOSIÇAO DA LUZ BRANCA ATRAVEZ DE UM PRISMA Universidade Estácio 3.1 - RESUMO A partir de alguns conceitos de óptica geométrica como : - dispersão: é um fenômeno óptico que consiste na separação da luz branca, ou seja, separação da luz solar em várias cores, cada qual com uma frequência diferente. Esse fenômeno pode ser observado em um prisma de vidro, por exemplo. Esse fenômeno ocorre em razão da dependência da velocidade da onda com a sua frequência. Quando a luz se propaga e muda de um meio para outro de desigual densidade, as ondas de diferentes frequências tomam diversos ângulos na refração, assim sendo, surgem várias cores. 53 - Prisma: Em óptica, um prisma é um elemento óptico transparente com superfícies retas e polidas que refractam a luz. Os ângulos exatos entre as superfícies dependem da aplicação. O formato geométrico tradicional é o prisma triangular com base quadrangular e lados triangulares, e o uso coloquial de "prisma" geralmente refere-se a essa configuração. Os prismas são tipicamente feitos de vidro, mas também podem ser feitos de qualquer material transparente aos comprimentos de onda ao qual são designados. Um prisma pode ser usado para separar a luz em suas cores do espectro (as cores do arco-íris). Também podem ser usados para refletir a luz ou ainda dividi-la em componentes com diferentes polarizações. Com o objetivo de estudo sobre a decomposição da luz branca no prisma, verificar os desvios, radiação e índice de refração. Contudo, verificamos e analisamos tais reações e influencias no âmbito da engenharia.54 3.2- INTRODUÇÃO A luz branca, ao atravessar um prisma transparente sofre a dispersão. O surgimento das cores pela decomposição da luz branca est ligado á diferença de velocidade de propagação dos diversos raios luminosos. A formação do arco-íris se deve á decomposição da luz branca. Newton, o proponente da atual teoria das cores, ao observar o espectro formado pelo prisma, definiu sete cores, em analogia as sete notas musicais. São elas: violeta, anil, azul, verde, amarela, alaranjada e vermelha. Admitimos que uma luz policromática como a luz branca solar esteja se propagando no ar, meio em que todas as componentes têm praticamente a mesma velocidade de propagação. Ao incidir sobre a superfície de uma placa de vidro, as diferentes componentes sofrem diferentes desvios, pois a velocidade não varia da mesma maneira para todas. Á componente mais rápida (luz vermelha) corresponde o maior ângulo de refração; á mais lenta (violeta) corresponde o menor ângulo de refração. Consequentemente, há a decomposição da luz incidente policromática. A componente que mais se desvia, isto é, a que mais se aproxima da normal, é a violeta; a que mens se desvia, isto é, a que menos se aproxima da normal, é a vermelha. As demais apresentam desvios intermediários. Esse fenômeno é a dispersão luminosa. No prisma, a dispersão da luz branca se verifica de modo mais acentuado, pois nesse caso a luz atravessa duas superfícies dióptricas. Assim, além da separação das luzes na primeira face do prisma, o desvio de cada luz monocromática se acentua na segunda face. Nos dias de chuva costumamos ver um fenômeno físico bastante interessante, chamado de arco-íris, que é formado por várias cores. Esse fenômeno é basicamente explicado pela refração. A luz branca, seja ela proveniente do Sol ou de uma lâmpada incandescente, quando muda de um meio de propagação para outro, sofre refração, 55 isto é, sofre mudança na velocidade de propagação. Essa mudança de meio de propagação faz com que a luz branca se decomponha em infinitos raios de luzes monocromáticas, conhecidas como as sete cores do arco-íris. Esse processo físico constitui, portanto, a decomposição da luz branca. Embora saibamos que a luz branca é composta por uma infinidade de cores, tais cores de luz não têm o mesmo comportamento quando mudam de um meio de propagação para outro. A luz que mais se aproxima da normal é a violeta; em seguida são as cores: anil, azul, verde, amarela, alaranjada e vermelha. As cores que formam a luz branca são chamadas de espectro da luz. Na figura abaixo podemos ver a decomposição da luz branca em um prisma. No prisma, a decomposição da luz branca é mais acentuada pelo fato de ela sofrer duas refrações, isto é, ela sofre refração na primeira face e posteriormente na segunda face. Figura 17- prisma, ao incidir luz branca. Quando a luz branca incide sobre uma superfície que separa dois meios, surge um leque de cores. Na física óptica, a dispersão é definida como sendo a separação da luz em vários componentes espectrais com diferentes frequências. Esse fenômeno acontece devido à diferença dos índices de refração que separa os meios. Outro fenômeno que pode ser explicado a partir da dispersão é as cores do céu. Durante o dia, o céu se apresenta na cor azul, mas no entardecer passa a ter coloração avermelhada (figura ao lado). Acontece que as moléculas do ar, quando atingidas pela luz solar, espalham com grande intensidade as cor azul e violeta, no entanto, o olho humano é pouco sensível a cor violeta. Quando chega a tarde, a Terra está mais inclinada e, dessa forma, os raios solares percorrem uma distância muito 56 maior na atmosfera. Assim sendo, a luz azul e violeta, as quais são espalhadas com maior intensidade, não são percebidas pelos olhos do observador, mas as luzes vermelho e alaranjado sim, fazendo com que percebamos o céu na tonalidade vermelho alaranjado. 3.3 - Contexto gráfico do experimento Nessa aula o auxiliar do professor Vinícius (Willian), foi quem ministrou a explicação do experimento; Fez explicações da montagem; Figura 18- equipamento utilizado para experimento. De como funcionaria; 57 Figura 19- experimento sendo realizado; luz passando pelo prisma. E qual o resultado que teríamos que obter; Figura 20- espectro observado através do experimento. 58 3.4 - OBJETIVOS Mostrar que a luz branca pode ser decomposta em feixes de várias cores, as cores do arco-íris. Aplicar a refração da luz para provocar desvio e dispersão em prismas e outros meios refringentes. 3.5 - METODOLOGIA Para a compreensão do estudo abordado utilizaremos o manual de instruções e guia de experimentos (banco ótico), postado no modle pelo professor, pelo experimento realizado no laboratório, pesquisas em livros e internet; assim contribuiremos para o experimento em sala e a realização do relatório. 3.6 - DESCRIÇÃO DETALHADA Com auxílio do laboratorista realizamos exte experimento onde observamos no passo a passo do manual toda a montagem, então foi colocada na frente da fonte luminosa e a 4cm uma lente convergente de distância focal de f= 5cm essa lente e utilizada para iluminar a fenda então foi colocada a fenda e ajustada para que fique bem iluminada, colocado o anteparo e a lente de 10cm colocamos o suporte do disco ótico sobre a base metálica e em seguida o disco ótico, colocamos o prima de 60° graus e ajuste para que o raio luminoso atinge a faces do prisma, goramos o prima até obter o espectro de decomposição da luz. Depois de te observado toda a montagem começamos o experimento giramos o disco até obter a faixa que estava antes no caso a faixa de espectro, girando para que as cores fiquem bem nítidas, foi observado também a ordem das cores do espectro de decomposição do prisma, tomada na ordem de crescimento dos desvios a ordem das cores e violeta, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho, foi colocado uma lente difratora de1000 frestas para observarmos que a refração fica mais nítida. Citando um grande exemplo na engenharia foi o prédio em Londres na Inglaterra chamado “wakie talkie” que devido sua estrutura espelhada com espelhos côncavo o sol refletia e derretia as coisa como derreteu o retrovisor e parte da lataria de um carro que sofreu a reflexão, sabemos que a que sofre mais refração e a cor que está mais nítida ou seja depois que ela passa pelo prisma ela fica mais retardada então ela ficando mais retardada agente 59 consegui ver mais nitidamente a radiação que sofre mais desvio no prisma é o vermelho, e a que sofre o menor desvio do prisma e o violeta, a maior velocidade no prisma é o vermelho, a relação de proporcionalidade existe entre índice de refração e velocidade é: A constante de proporcionalidade é a frequência, que não se altera, o índice de refração do prisma é maior para a luz violeta. 3.7 - PESQUISA COMPLEMENTAR - Decomposição da luz branca: Nos dias de chuva costumamos ver um fenômeno físico bastante interessante, chamado de arco-íris, que é formado por várias cores. Esse fenômeno é basicamente explicado pela refração. A luz branca, seja ela proveniente do Sol ou de uma lâmpada incandescente, quando muda de um meio de propagação para outro, sofre refração, isto é, sofre mudança na velocidade de propagação. Essa mudança de meio de propagação faz com que a luz branca se decomponha em infinitos raios de luzes monocromáticas, conhecidas como as sete cores do arco-íris. Esse processo físico constitui,portanto, a decomposição da luz branca. Embora saibamos que a luz branca é composta por uma infinidade de cores, tais cores de luz não têm o mesmo comportamento quando mudam de um meio de propagação para outro. A luz que mais se aproxima da normal é a violeta; em seguida são as cores: anil, azul, verde, amarela, alaranjada e vermelha. As cores que formam a luz branca são chamadas de espectro da luz. 60 3.8 - FIGURAS PGN Figura 1 : Equipamento utilizado no Experimento Figura 2: Luz sendo refratada 61 Figura 3: Refração sem foco Figura 4: Refração com foco ajustado 3.9 - Curiosidades O arco íris A luz branca seja ela proveniente do Sol ou de uma lâmpada incandescente, quando muda de um meio de propagação para outro, sofre refração, isto é, sofre mudança na velocidade de propagação. Essa mudança de meio de propagação faz com que 62 a luz branca se decomponha em infinitos raios de luzes monocromáticas, conhecidas como as sete cores do arco-íris. Esse processo físico constitui, portanto, a decomposição da luz branca. Embora saibamos que a luz branca é composta por uma infinidade de cores, tais cores de luz não têm o mesmo comportamento quando mudam de um meio de propagação para outro. A luz que mais se aproxima da normal é a violeta; em seguida são as cores: anil, azul, verde, amarela, alaranjada e vermelha. As cores que formam a luz branca são chamadas de espectro da luz. Na figura abaixo podemos ver a decomposição da luz branca em um prisma. No prisma, a decomposição da luz branca é mais acentuada pelo fato de ela sofrer duas refrações, isto é, ela sofre refração na primeira face e posteriormente na segunda face. 3.10 – VÌDEOS Como funciona o Arco Iris 63 3.11 - DADOS E ANÁLISE DE DADOS - De acordo com o manual Pag.17 e18 e também com a literatura: A ordem de cores do espectro de decomposição no prisma tomada na ordem de crescimento dos desvios: violeta, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho a radiação com maior desvio foi a vermelha e a de menor violeta, a de maior velocidade a vermelha. A relação de proporcionalidade entre o índice de refração é a frequência, que não se altera. E o índice de refração do prisma é maior para a radiação de cor vermelha. 3.12 - RECOMENDAÇÕES - Todo experimento realizado com o auxilio do assistente. Houve uma melhor compreensão de todos os integrantes. - Aplicar os experimentos e conceitos no âmbito da engenharia desenvolvendo assim uma analise voltada a área. - A inclusão de um tópico na formação do relatório, uma parte onde expomos curiosidades. - A inclusão de uma pesquisa complementar em anexo . 64 3.13 - CONCLUSÃO Contudo, verificamos que a difração no prisma ocorre devido a ligação que a velocidade da onda tem com a sua frequência. Quando a luz muda de um meio para outro de densidades diferentes, as ondas de diferentes frequências compõem diversas cores formadas com seus respectivos ângulos de refração. 3.14 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS <HALLIDAY D., RES NICK R. e KRANE K. S., Física 4, RJ , LTC Editora S. A.> < Os fundamentos da física;Ramalho,Nicolau,Toledo. Vol 2. São Paulo 2007> <http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20021/Claudia/Html/decomposicaodaluzb ranca.html> < YOUNG H. D. e FR EEDMAN R. A., Sears & Zemansk y Física IV – Ótica e Física Moderna, São Paulo: Pearson Education do Brasil, 12a Edição.> < Manual Azeheb, Laboratórios de Física, Banco ÓTICO> 65 3.15 - DISTRIBUIÇÃO DE TAREFAS nº Matrícula Nomes Frequencia Partes 1 201702338142 João José de Carvalho Neto ausente - Dados obtidos; - Organização de dados; - Análize de dados; - Resultados obtidos; - Elaboração de pesquisa complementar. 2 201601503751 Jully Anne Tavares de Lima presente - Introdução; - Contexto gráfico do experimento; - Descrição dos objetivos; - Explicação de metodologia e/ou procedimento. 3 201602754331 Lucas Matos Souza presente - Resumo; - Conclusões; - Recomendações. 4 201602623503 Luiz Fillipe Oliveira Reis presente -fotos ( em PNG); - Anexo de Vídeos; - Curiosidades. 5 201603121511 Marlon Wallace Ribeiro Farias presente - Descriçao detalhada no procedimento; - Grandezas, unidades e mensurando e medidas realizadas; - Representação dos dados( Tabelas e gráficos). Obs: Com a ausência do aluno João José de Carvalho Neto o Líder( Lucas Matos Souza) assumiu sua respectiva parte. 66 Disciplina: Física teórica e experimental II Turno: Noturno Turma: 3009 Data: 23/05/2017 Grupo: Grupo 1 Líder: Lucas Matos Souza Horário: Terça-feira 21h05 as 22h45 01 João José de Carvalho Neto 201702338142 02 Jully Anne Tavares de Lima 201601503751 03 Lucas Matos Souza 201602754331 04 Luiz Fillipe Oliveira Reis 201602623503 05 Marlon Wallace Ribeiro Farias 201603121511 67 4 - DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE ONDA DA LUZ Universidade Estácio 4.1 - RESUMO A partir do estudo de óptica geométrica como: - comprimento de onda: é a distância entre valores repetidos sucessivos num padrão de onda. É usualmente representado pela letra grega lambda (λ). Em uma onda senoidal, o comprimento de onda “é a distância (paralela à direção de propagação da onda) entre repetições da forma de onda.” Pode, então, ser representada pela distância entre picos (máximos), vales (mínimos), ou duas vezes a distância entre nós. 68 No gráfico ao lado, o eixo x representa a distância e o eixo y representa alguma quantidade periódica, como por exemplo a pressão, no caso do som ou o campo elétrico para ondas eletromagnéticas ou a altura da água para uma onda no mar profundo. A altura no eixo y é também chamada de amplitude da onda. O comprimento de onda λ tem uma relação inversa com a frequência f, a velocidade de repetição de qualquer fenômeno periódico. O comprimento de onda é igual à velocidade da onda dividida pela frequência da onda. Quando se lida com radiação electomagnética no vácuo, essa velocidade é igual à velocidade da luz 'c', para sinais (ondas) no ar, essa velocidade é a velocidade na qual a onda viaja. - Radiação eletromagnética: Espectro eletromagnético é classificado normalmente pelo comprimento da onda, como as ondas de rádio, as micro-ondas, a radiação infravermelha, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X, até a radiação gama. O comportamento da onda eletromagnética depende do seu comprimento de onda. O experimento de determinação de comprimento da onda a luz tem como objetivo a descrição do que ocorre na fragmentação das ondas, a frequência e o comprimento da onda. 69 4.2 - INTRODUÇÃO Neste contexto temos os efeitos do espectro eletromagnético, que são o resultado das radiações eletromagnéticas emitidas, absorvidas ou refletidas nas suas frequências ou comprimentos de onda correspondentes. Outra forma de espectro é o visível, resultado das radiações eletromagnéticas emitidas, absorvidas ou refletidas cujo comprimento de onda se encontra dentro da faixa de radiação visível ao olho humano,emitindo cores especifica. O laser é um tipo diferente de emissão de luz. Apresenta-se de forma monocromática, contém um comprimento de onda específico que é determinado pela quantidade de energia liberada quando o elétron vai para uma órbita menor e a luz é bem direcionada. A luz laser tem um feixe muito estreito e é muito forte e concentrada, liberando luz em várias direções. Esta luz é utilizada na gravação e reprodução de CDs, inúmeros equipamentos eletrônicos, ópticos entre outros. Procuramos estudar e interpretar cada efeito produzido pelo feixe de luz tanto a monocromática quanto a do laser, e compara-los com valores teóricos. A luz que vemos com os nossos olhos é um tipo de radiação eletromagnética e fonte de energia radiante, pois transporta energia pelo espaço. Todos os tipos de radiações eletromagnéticas transportam-se no vácuo com velocidade de 3X108 m/s (velocidade da luz). A radiação luminosa é periódica, isto é, o padrão de picos ou depressões repetem-se em intervalos regulares. A distância entre dois picos ou duas depressões é chamado comprimento de onda. O tempo que a radiação emite um comprimento de onda é chamado de período da onda eletromagnética, a quantidade de períodos que são emitidos por segundo é chamado de frequência. O comprimento de onda está diretamente relacionado com a frequência. Se o comprimento de onda é longo, existirão menos ciclos da onda passando por um ponto por segundo (baixa frequência). Se há mais ciclos da onda passando por um ponto por segundo, o comprimento de onda será menos. Essa relação é dada através da equação: onde, η λ = c η -é a frequência 70 λ -é o comprimento de onda c -é a velocidade da luz Como a velocidade da luz é uma constante, é possível perceber a proporcionalidade da relação entre a frequência e o comprimento de onda, ou seja, quanto maior a frequência menor é o comprimento de onda e vice-versa. Cores do espectro: Cores que podem ser produzidas pela luz em uma banda estreita de comprimentos de ondas (luz monocromática) é chamada cores espectrais puras. Os vários alcances de cores que estão indicadas no diagrama à direita são algumas aproximações: o espectro é contínuo sem limites bem determinados entre uma cor e outra Figura 21- espectro do comprimento de onda. 71 4.3 - CONTEXTO GRÁFICO DO EXPERIMENTO Montagem do equipamento; Figura 22- equipamento utilizado para experimento. Observar a ordem das cores do espectro gerado; 72 Figura 23- espectro gerado através do experimento. Observar o comprimento de onda; Figura 24-comprimento de onda. 73 4.4 - OBJETIVOS Descrição do que ocorre com a luz policromática “branca” ao passar por uma rede de difração; determinação do comprimento de onda médio das radiações componentes da luz branca; determinação do comprimento de onda de um laser através de uma rede de difração de emissão com constante de rede conhecida. 4.5 - METODOLOGIA Para a compreensão do estudo abordado utilizaremos o manual de instruções e guia de experimentos (banco ótico), postado no modle pelo professor e pelos experimentos realizados no laboratório. Nesse experimento nosso líder realizou o experimento com os demais líderes e repassou ao nosso grupo. Para a realização do relatório utilizaremos esses conhecimentos e aprofundaremos com pesquisas em livros e internet. 4.6 - DESCRIÇÃO DETALHADA Em sala de aula os líderes dos grupos se reuniram para discutir sobre esse experimento, ao realizar o experimento entre eles cada líder se reuniu com seu grupo para passa como seria, então foi colocado na frente da fonte luminosa e à 4cm, uma lente convergente de distância focal f=cm. Também colocado na frente da lente o diafragma com uma fenda, Utilizamos uma lente convergente de distância focal f=10cm para projetar a fenda no anteparo, ajustamos para que ficasse bem visível, também a rede de difração na frente da lente ajustamos para que o espectro fique bem visível, a rede de difração focou em 14cm a(0,140m) do anteparo de projeção. Com isso escolhemos a cor vermelha e fizemos todos os cálculos: Media de de X e A para radiação vermelha X= 7,5 A=0,14 Constante da rede de difração que tem 1000 linhas por milímetro. D= 15.106 nano metro. Onda y da radiação vermelha: 𝑌 = (15.106 ) . 7,5 74 ((0,14) + (7,5)2) 0,5 Y= 687. 106 nano metro A ordem das cores é a mesma ordem que apareceu no prisma, a radiação que tem o maior comprimento de onda e o vermelho, a radiação que tem maior frequência e o vermelho e a radiação que sofre interferência construtiva mais afastada do raio central e o vermelho. 4.7 - PESQUISA COMPLEMENTAR A tabela a seguir mostra, aproximadamente, os comprimentos de onda relacionados às principais cores do espectro visível. - Raios ultravioleta: Os raios ultravioleta, do latim ultra, que significa "mais alta" ou "além do", e violeta, que designa a cor visível do comprimento de onda, é um 75 tipo de radiação emitida pelo Sol. Conhecida, também, pela sigla UV, essa radiação é responsável por garantir quase toda forma de vida na Terra. Apesar de ser um benefício para os seres humanos, são nocivos, pois provocam na pele doenças como: queimaduras, câncer, envelhecimento, rugas, etc. Mas por que será que existe algo tão perigoso e benéfico para os seres vivos? Para responder a essa questão, conheceremos, no próximo tópico, a origem da radiação eletromagnética e como os cientistas descobriram a influência dela sobre o Planeta. De acordo com a Física, as radiações podem ser divididas em naturais e artificiais. As radiações naturais são aquelas encontradas em certos corpos, capazes de emitir energia na forma de ondas ou partículas. Um grande exemplo é o Sol. Ele irradia luz e calor para o nosso sistema. Há, também, as radiações artificiais, aquelas produzidas pelo homem, como: as ondas de rádio e de micro-ondas. Esses raios possuem um enorme poder de penetração, interagindo, assim, com a matéria. Até 1910, os raios gama eram considerados como a radiação mais penetrante. Mas, a partir da descoberta dos raios cósmicos, essa realidade mudou. Eles são capazes de penetrar com facilidade em 10 cm de chumbo. À medida que esses raios chegam ao planeta, eles vão perdendo força, pois colidem com outras partículas de energia ao entrar na atmosfera. Porém, os raios UV que penetram na Terra, em uma de suas bandas, são capazes de agredir a pele humana, os olhos e os genes, trazendo doenças. 76 4.8 - FIGURAS EM PGN Figura 1: Equipamento montado para experimento Figura 2: Experimento sendo realizado 77 Figura 3: Resultado do experimento 4.9 - CURIOSIDADES Em diversas situações de nosso cotidiano, podemos perceber fenômenos relacionados às ondas. Percebemos a importância do conceito de onda quando, por exemplo, pensamos no funcionamento de um forno de microondas; queremos desco- brir como se dá a sintonia de uma estação de rádio ou TV; usamos, em fisioterapia, um aparelho de ondas curtas; ou mesmo necessitamos nos submeter a um exame de ultrassonografia. 78 4.10 - VÍDEOS 4.11- DADOS E ANÁLISE DE DADOS - De acordo com o manual Pag.19 e20 e também com a literatura: Ao medir as distacias de a e x e após a determinação da constante de difração que tem 1000 linhas por mm(D). X= 7,5
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