RELATÓRIO FÍSICA AV2 (1) (2)

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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNILASALLE
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
RELATÓRIO TÉCNICO/CIENTÍFICO – ÓPTICA GEOMÉTRICA
NITERÓI - RJ
2017
CENTRO UNIVERSITÁRIO LA SALLE RJ
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
RELATÓRIO TÉCNICO/CIENTÍFICO - ÓPTICA GEOMÉTRICA
Experimento realizado no laboratório de Física
Relatório Técnico-Científico apresentado à disciplina de Física Geral e Experimental IV da Turma de Engenharia de Produção, 4º período- Noite, sob a orientação do (a) professor (a) Suzana Arleno Souza Santos.
NITERÓI - RJ
2017
Sumário
LISTA DE ILUSTRAÇÕES	iv
Resumo	v
Abstract	vi
1	Introdução	07
1.1	DIFRAÇÃO DA LUZ POR ORIFÍCIOS, FENDAS E REDE	07
1.2	objetivo	07
2	Material	08
2.1	EXPERIMENTO I: POR ORIFÍCIOS E FENDAS	08
2.2	EXPERIMENTO II: POR REDE DE DIFRAÇÃO	08
3	Método	08
3.1	EXPERIMENTO I: POR ORIFÍCIOS E FENDAS	08
3.2	EXPERIMENTO II: POR REDE DE DIFRAÇÃO	09
4	RESULTADOS e discussão	10
4.1 EXPERIMENTO I: POR ORIFÍCIOS E FENDAS	10
4.2	EXPERIMENTO II: POR REDE DE DIFRAÇÃO	11
5	CONCLUSÕES	13
ReferÊncias	13
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 -	MONTAGEM: DIFRAÇÃO DA LUZ POR ORIFÍCIOS E FENDAS..................................................................................................09
FIGURA 2 -	MONTAGEM: DIFRAÇÃO DA LUZ POR REDE DE DIFRAÇÃO	09
FIGURA 3 -	REDE DE DIFRAÇÃO: EXPERIMENTO REALIZADO EM LABORATÓRIO 	10
FIGURA 4 -	PONTO CLARO DE FRESNEL - Experimento realizado em laboratório	10
FIGURA 5 -	DIFRAÇÃO POR FENDA - Experimento realizado em laboratório	11
FIGURA 6 -	CÁLCULOS REALIZADOS EM LABORATÓRIO	12
FIGURA 7 -	ESPECTRO VISÍVEL	12
RESUMO
Objetivo: Este experimento tem o objetivo de medir a distância entre a rede de difração e o anteparo; medir a distância entre o máximo central e o primeiro máximo esquerdo e direito e encontrar o ângulo médio entre cada um deles; anotar o valor da constante de rede e a ordem dos máximos observados; encontrar a constante de rede e o valor do comprimento de onda do laser; calcular a discrepância ente o comprimento de onda obtido experimentalmente e o valor padrão. Material e Método: 02 barramentos; 01 cavaleiro para retenção vertical, com aba; 01 cavaleiro para retenção horizontal, com aba; 01 fonte laser; 01 máscara de adesão magnética com 3 conjuntos de fendas; 01 máscara de adesão magnética com 3 pares de fendas duplas; 01 máscara de adesão magnética com 3 círculos de passagem; 01 anteparo de fenda central; 01 régua metálica 355-0-355 mm; 01 conjunto acoplador de barramentos;01 rede de difração, constante de rede 1,00 x 10-6 .Reconhecer os fenômenos de interferências em ondas eletromagnéticas, no caso a luz, por meio de orifícios e fendas. Calcular o comprimento de onda da luz monocromática (laser vermelho). Observar, utilizando o método de YOUNG os efeitos da interferência (construtiva e destrutiva). Utilizar os fenômenos de interferência e poder calcular o comprimento de onda de uma onda eletromagnética. Resultados: Foi observado que quando a onda encontra um obstáculo com uma abertura, está onda que passa tende a se alargar do outro lado deste obstáculo. Fixamos o conteúdo sobre máximos e máximo central, recorremos ao estudo de modelos verticais onde o eixo central é utilizado e posicionamos um ponto P aleatoriamente para traçarmos os raios. Foi evidenciado que quando o senα é pequeno, este aproxima-se da tgα. Medimos a distância entre a rede de difração e o anteparo; medimos a distância entre o máximo central e o primeiro máximo esquerdo e direito e encontramos o ângulo médio entre cada um deles; anotamos o valor da constante de rede e a ordem dos máximos observados; encontramos a constante de rede e o valor do comprimento de onda do laser. Conclusão: Com esse experimento foi possível observar os efeitos de uma rede de difração e analisar seus pontos do máximo e central e observar o comportamento do feixe luminoso quando difratado. O cálculo apresentado está próximo ao resultado esperando, levando em consideração os fatores que influenciaram o experimento e as limitações de materiais no laboratório.
Descritores: Difração, onda eletromagnética, método de Young, constante de rede.
ABSTRACT
Objective: This experiment has the following objectives: to measure the distance between the diffraction grating and the bulkhead; Measure the distance between the central maximum and the first maximum left and right and find the mean angle between each of them; Note the value of the network constant and the order of observed maxima; Find the network constant and the value of the laser wavelength; Calculate the discrepancy between the experimentally obtained wavelength and the default value. Material and Method: 02 buses; 01 rider for vertical retention, with flap; 01 rider for horizontal retention, with flap; 01 laser source; 01 magnetic adhesion mask with 3 sets of slits; 01 magnetic bonding mask with 3 pairs of double slits; 01 magnetic adhesion mask with 3 passing circles; 01 central slot screen; 01 metal ruler 355-0-355 mm; 01 set of busbars, 01 network of diffraction, network constant 1.00 x 10-6. Recognize the phenomena of interference in electromagnetic waves, in the case light, by means of holes and crevices. Calculate the wavelength of the monochromatic light (red laser). Observe, using the method of YOUNG the effects of interference (constructive and destructive). Use the interference phenomena and calculate the wavelength of an electromagnetic wave. Results: It was observed that when the wave encounters an obstacle with an aperture, this passing wave tends to widen on the other side of this obstacle. We fix the content on maximum and maximum central, we resort to the study of vertical models where the central axis is used and we place a point P randomly to draw the rays. It was evidenced that when senα is small, this is close to tgα. We measure the distance between the diffraction grating and the bulkhead; We measure the distance between the central maximum and the first maximum left and right and find the average angle between each of them; We note the value of the net constant and the order of observed maxima; We find the net constant and the value of the wavelength of the laser. Conclusion: With this experiment it was possible to observe the effects of a diffraction grating and to analyze its maximum and central points and observe the behavior of the light beam when it is diffracted. The calculation presented is close to the expected result, taking into account the factors that influenced the experiment and the limitations of materials in the laboratory.
Keywords: Diffraction, electromagnetic wave, Young's method, network constant.
INTRODUÇÃO
ÓPTICA GEOMÉTRICA E REFLEXÃO DA LUZ NO ESPELHO PLANO
Óptica é o ramo da física que estuda os fenômenos luminosos, bem como suas propriedades. Os fenômenos estudados em Óptica Geométrica podem ser descritos com a simples noção de raio de luz e alguns conhecimentos de geometria. Assim, para representar graficamente a luz em propagação, com o por exemplo, a emitida pela chama de um a vela, utilizamos a noção de raio de luz. 
 Raios de luz são linhas orientadas que representam a direção e o sentido de propagação da luz.
 Velocidade da luz no vácuo: c = 3 x10 8 m/s (300.000 km /s) 
 Ano luz: distância que a luz percorre em um ano: 9,46 x1012 km. 
O fenômeno de reflexão, ocorre quando a luz incide em uma superfície de separação entre dois meios diferentes, parte da energia da radiação pode retornar e se propagar no mesmo meio em que estava. Os espelhos planos tem utilidades bastante diversificadas, desde as domésticas até como componentes de sofisticados instrumentos ópticos. As principais propriedades de um espelho plano são a simetria entre os pontos objeto e imagem e que a maior parte da reflexão que acontece é regular.
OBJETIVO: EXPERIMENTO I
Conceituar um meiohomogêneo e isotrópico. Conceituar e reconhecer as fontes de luz primária e secundária, extensa e pontual, incandescente, fluorescente e fosforescente. Conceituar corpos transparente, translúcido e opaco e anunciar os princípios da óptica geométrica.
OBJETIVO: EXPERIMENTO II
Concluir que o raio refletido está contido no mesmo plano formado pelo raio incidente e pela reta normal a superfície polida do espelho, ao ponto de incidência.
Analisar, reconhecer e descrever as leis de reflexão.
Material 
EXPERIMENTO I: 
Para o experimento I, foram utilizados os seguintes materiais:
01 barramento metálico de 930mm;
01 lanterna de luz policromática;
03 cavaleiros com aba, barra vertical, escala manípulos;
01 disco de Hartl;
01 braço fixador 45 graus para o disco de Hartl;
01 mesa suporte acoplado ao cavaleiro;
01 lente plano-convexa 8 di;
01 lente plano-convexa 4 di;
01 multidiafragma;
01 espelho plano 45x16 mm;
EXPERIMENTO II: REFLEXÃO DA LUZ
01 barramento metálico 930 mm (1) com:
escala A de 0 a 920 mm, divisão 1mm e 0 a 36,2 polegadas, divisão: 0,1 in,
escala B de 405-0-304 mm, divisão 1 mm e 16-0-12,3 polegadas, divisão : 0,1 in,
escala C de 0 a 630 mm, divisão: 1 mm e 0 a 24,8 mm, divisão: 0,1 in,
04 sapatas niveladoras.
01lanterna de luz policromática:
fonte de alimentação interna bivoltada 127/220 VCA, 50/60 Hz, 50w;
01 cabo de força.
03 cavaleiros com aba, barra vertical, escala e manípulos (3):
Escala milimetrada 10 - 0 - 0 mm, divisão de 1 mm,
dois manípulos M3,
fixação magnética;
01 disco de Hartl (17):
metálico,
sistema fixador e liberador de giro;
01 braço fixador de 45 graus para disco de Hartl (17a):
134 mm,
base suporte em aço inoxidável,
manípulo fixador M5.
01 mesa suporte acoplável cavaleiro (5).
01 lente plano - convexa 8 di com moldura em aço (6);
01 lente plano - convexa 4 di com moldura em aço (8);
01 multidiafragma em aço com 1 ranhura
01 espelho plano 45 x 16 mm adesão magnética (10).
	
método, resultados e discussões
EXPERIMENTO I: 
Para a realização do experimento, fez-se a montagem conforme a Figura 1. A lanterna laser foi colocada na posição 0, o multidiafragma na posição de 18 mm, a lente plano-convexa de 8 di na posição de 160 mm, a lente plano-convexa de 4 di na posição de 525 mm e o disco de Hartl foi posicionado levemente inclinado para interceptar os raios luminosos .
Figura 1 – Montagem do experimento em laboratório.
Inicialmente conceituamos os fundamentos teóricos da óptica geométrica para posteriormente analisarmos o que ocorre no procedimento experimental a fim de responder as questões impostas em laboratório.
O que é um meio homogêneo?
É o meio no qual todos os pontos apresentam as mesmas propriedades físicas, como a densidade, pressão e temperatura.
O que é um meio isotrópico?
É o meio no qual a velocidade da luz é a mesma em qualquer que seja sua direção de propagação.
Conceituar fonte primária (corpo luminoso);
São corpos que emitem luz própria, como por exemplo, o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, uma lâmpada.
Conceituar fonte secundária (corpo iluminado);
São os corpos que enviam a luz que recebem de outras fontes, como por exemplo, a Lua, os planetas, as nuvens, os objetos visíveis que não têm luz própria.
Conceituar fonte extensa de luz;
Uma fonte com dimensões consideráveis em relação ao ambiente.
Conceituar fonte pontual de luz;
Uma fonte sem dimensões consideráveis que emite infinitos raios de luz.
Conceituar fonte incandescente de luz;
São as que emitem luz através da transformação da sua energia térmica em energia radiante luminosa.
Conceituar corpo transparente à luz;
É um meio óptico que permite a propagação regular da luz, ou seja, o observador vê um objeto com nitidez através do meio.
Conceituar corpo translúcido à luz;
É um meio óptico que permite apenas uma propagação irregular da luz, ou seja, o observador vê o objeto através do meio, mas sem nitidez.
Conceituar corpo opaco à luz;
É um meio óptico que não permite que a luz se propague, ou seja, não é possível ver um objeto através do meio.
Após conceituarmos todos os questionamentos iniciais, com uma ranhura posicionada ligamos a fonte luminosa e observamos a trajetória do feixe de luz sobre o painel. 
Como se propaga a luz num meio homogêneo e isotrópico?
Em um meio homogêneo, transparente e isotrópico, a luz se propaga em linha reta. Cada uma dessas "retas de luz" é chamada de raio de luz.
Posteriormente, posicionamos o diafragma de três ranhuras, colocamos o espelho plano sobre o disco de moco a interceptar o primeiro raio com uma inclinação de 20°. (Conforme figura 2 e figura 3).
 Figura 2 - Análise do experimento em laboratório
 Figura 3 – Raio Refletido: inclinação de 20°
O Raio refletido R1, interferiu nos outros raios ?
Não, O R1 não interferiu nos outros Raios.
Com base na sua resposta anterior, você concorda que os raios luminosos são independentes um do outro ?
Sim, pois não há interferência entre os raios obrservados.
Quais são os princípios da ótica geométrica presentes nas observações?
Primeiro princípio da óptica geométrica: Princípio da propagação retilínea da luz, ou seja, em meios transparentes, a luz se propaga em linha reta. 
Segundo princípio da óptica geométrica: Princípio da reversibilidade dos raios de luz, que diz que a trajetória seguida pela luz independe do sentido que ela se propaga. 
 Terceiro princípio da óptica geométrica: Princípio da independência dos raios de luz, onde quando raios de luz se cruzam, cada um deles segue seu trajeto como se o outro não existisse.
EXPERIMENTO II: REFLEXÃO NO ESPELHO PLANO
Fez-se a montagem conforme a Figura 2. Os itens foram dispostos na escala III da barra metálica, sendo a lanterna na posição 0, o multidiafragma na posição 18 mm, as lentes de 8 e 4 di na posição 160 e 525 mm, respectivamente e por último o disco Hartl inclinado para a interceptação da luz policromática. 
 Figura 2 - Montagem: A Reflexão no espelho plano.
Após a montagem dos equipamentos foi colocado um espelho plano sobre o disco de Hartl. A lanterna foi ligada.. Em seguida girou-se o disco de modo que o raio incidente “i” formasse um ângulo de 20º com a reta normal N ao espelho, no ponto de incidência conforme ilustrado na Figura 3. 
 Figura 3 - Montagem: A Reflexão no espelho plano.
O disco de Hartl foi girado para que o raio incidente (i) formasse um ângulo de 20º com a reta normal (N) com o espelho posicionado no ponto de incidência conforme a figura 4 abaixo:
Figura 4 - Montagem: A Reflexão no espelho plano.
Com o experimento foi descoberto o ângulo que o raio refletido forma com a reta Normal N no ponto de incidência. Sendo resultado de 20º conforme ilustra a imagem abaixo:
Imagem - A Reflexão no espelho plano.
Ângulo de Reflexão
O ângulo que o raio refletido, forma com a reta normal N (no ponto de incidência) é chamado de ângulo de reflexão (r).
O ângulo entre o raio incidente e a reta normal N, (no ponto de incidência) é denominado de ângulo de incidência (i)
Com base no item anterior, foi pedido o preenchimento de duas tabelas com os ângulos de incidência indicados:
	Ângulo de incidência 
	Ângulo de reflexão (r)
	0
	
	20°
	
	30°
	
	40°
	
	50°
	
Tabela 1
A primeira lei da reflexão.
Analisando os dados da Tabela 1, a relação entre o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão é que o raio de luz refletido e o raio de luz incidente, assim como a reta normal à superfície, pertencem ao mesmo plano, ou seja, são coplanares.
A segunda lei da reflexão.
Analisando a afirmação: “O raio incidente, a reta normal (no ponto de incidência) e o raio refletido estão contidos num mesmo plano.” Pode-se afirmar que O ângulo de reflexão (r) é sempre igual ao ângulo de incidência (i). Sendo assim verificamos que a Tabela 1 ficou desta forma:
	Ângulo de incidênciaÂngulo de reflexão (r)
	0
	0
	20°
	20°
	30°
	30°
	40°
	40°
	50°
	50°
Tabela 1
O raio refletido, quando o raio é normal à superfície refletora, é sobreposto ao raio incidente. Neste caso o ângulo entre o raio incidente e o raio refletido é de 0.
Girando o disco 20º (ângulo de giro do espelho) no sentido horário obtiveremos um novo valor para o ângulo refletido, que no caso, é de 40° conforme imagem abaixo:
 
Imagens - A Reflexão no espelho plano.
Com base nas análises a Tabela 2 ficou preenchida da seguinte forma:
	Ângulo de giro do espelho
	Ângulo entre os raios incidentes e refletidos
[(i) + (r) ]
	0
	0
	20°
	40°
	30°
	60°
	40°
	80°
	50°
	100°
 Tabela 2
Confrontando os valores da Tabela 2, verificou-se que os valores dos ângulos incidentes e refletidos são o dobro do ângulo de giro do espelho.
CONCLUSÃO
Com esse experimento foi possível observar os efeitos de uma rede de difração e analisar seus pontos do máximo e central nos fazendo refletir o quão abrangente é o estudo da luz e o quão importante são os efeitos eletromagnéticos para diversos setores produtivos. O cálculo apresentado está próximo ao resultado esperado, levando em consideração os fatores que influenciaram o experimento e as limitações de materiais no laboratório, como a luz apropriada, mas nada que tenha sido circunstancial para a observação do experimento, não interferindo nos resultados dos experimentos.
REFERÊNCIAS
HALLIDAY, J.; RESNICK, R. Fundamentos da Física, volume 4: Óptica e Física Moderna. 9ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012