RELATÓRIOS OPTICA GEOMETRICA; REFLEXOES MULTIPLAS; REFRAÇÃO DE LUZ

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
ENGENHARIA CÍVIL \ PRODUÇÃO
TUTOR:
RELATÓRIO 
EXPERIÊNCIA: 
OPTICA GEOMETRICA
 REFLEXOES MULTIPLAS
REFRAÇÃO DE LUZ
ALUNOS:
		Nome						matrícula
RIO DE JANEIRO
2° SEMESTRE - NOVEMBRO/2014
Sumário
1 – Capa.......................................................................................................................01
2 – Sumário...................................................................................................................02
3 – Objetivo..................................................................................................................03
4– Introdução...........................................................................................................................03-09
5 – Procedimento............................................................................................................................10	
6 – Resultados.........................................................................................................................10-18 
7 –Discussão.................................................................................................................................18
8 –Conclusão.................................................................................................................................18
9 –Bibliografia...........................................................................................................................18
3 - Objetivo
Reconhecer que o raio refletido esta contido no plano formado pelo raio incidente e pela reta normal a superfície polida do espelho, no ponto de incidência.
3.1 Materiais utilizados: - 1 painel básico para banco optico;
			 - 1 lanterna laser;
			 - 1 espelho plano com adesão magnética; 
4-Introdução
Óptica é a parte da Física que estuda a luz e os fenômenos luminosos. Seu desenvolvimento se deu a partir da publicação da Teoria Corpuscular da Luz, por Isaac Newton, teoria que admitia que a luz era formada por um feixe de partículas.
Define-se luz como sendo o agente físico que sensibiliza nossos órgãos visuais.
A Luz é uma onda eletromagnética e sua velocidade no vácuo é de aproximadamente 3,0 x 105.
 Óptica Geométrica: Estuda os fenômenos luminosos baseados em leis empíricas (experimentais), que são explicados sem que haja necessidade de se conhecer a natureza física da luz. A óptica geométrica usa como ferramenta de estudo a geometria.
Raios de Luz
São linhas que representam a direção e o sentido de propagação da luz. A ideia de raios de luz é puramente teórica, e tem como objetivo facilitar o estudo.
Um conjunto de raios de luz, que possui uma abertura relativamente pequena entre os raios, é chamado de Pincel Luminoso.
O conjunto de raios luminosos, cuja abertura entre os raios é relativamente grande, é chamado Feixe Luminoso.
Os Feixes Luminosos ou os Pincéis Luminosos podem ser classificados em:
• Cônico divergente
Os raios luminosos partem de um único ponto (P) e se espalham.
 
• Cônico convergente
Os raios luminosos se concentram em um único ponto.
 
Fontes de Luz 
As fontes de luz são corpos capazes de emitir luz, seja ela própria ou refletida. Fontes de luz podem ser classificadas em:
• Fontes de luz Primárias
São fontes de luz que emitem luz própria. Elas podem ser:
Incandescentes: Quando emitem luz a altas temperaturas.
Ex: O Sol, a chama de uma vela e as lâmpadas de filamento.
Luminescentes: Quando emitem luz a baixas temperaturas. As fontes de luz primária luminescentes poder ser fluorescentes ou fosforescentes.
Fluorescentes: emitem luz apenas enquanto durar a ação do agente excitador.
Ex: Lâmpadas fluorescentes.
Fosforescentes: Emitem luz por um certo tempo, mesmo após ter cessado a ação do excitador. Nessas fontes de luz a energia radiante é proveniente de uma energia potencial química.
Ex: Interruptores de lâmpadas e ponteiros luminosos de relógios.
• Fontes Secundárias
São aquelas que emitem apenas a luz recebida de outros corpos.
Ex: Lua, cadeiras, roupas, etc.
Princípios da óptica geométrica 
A óptica geométrica se preocupa em analisar a trajetória da propagação da luz. Nesse artigo vamos expor os princípios ou leis que regem essa parte da Física. Lembrando que esses princípios são enunciados para um único raio de luz, mas que podem valer também para os feixes luminosos.
- Princípio da independência dos raios luminosos
A figura abaixo nos mostra duas lanternas dispostas de modo que os raios de luz se cruzem. O princípio da independência dos raios luminosos diz que os dois raios de luz, ao se cruzarem, seguem cada um a sua trajetória, de forma independente.
- Princípio da reversibilidade dos raios luminosos
Esse princípio diz que a trajetória seguida pelo raio de luz, em um sentido, é a mesma trajetória quando o raio de luz troca o sentido de percurso.
O raio percorre um caminho num sentido na figura A; e percorre o mesmo caminho em sentido oposto, na B
Por exemplo, é em razão desse princípio que o motorista de um automóvel pode ver um passageiro que está sentado no banco de trás do carro e o passageiro pode ver o motorista utilizando o mesmo espelho.
- Princípio da propagação retilínea dos raios luminosos
O princípio da propagação retilínea diz que todo raio de luz percorre trajetórias retilíneas quando em meios transparentes e homogêneos. Lembrando que raio de luz é um segmento de reta orientado e que está associado à direção e ao sentido de propagação da luz.
Lei da Propagação Retilínea da Luz 
Nos meios homogêneos e transparentes a luz se propaga em linha reta
Lei da Independência dos Raios Luminosos
Quando raios luminosos se cruzam, cada um deles segue seu trajeto como se os outros não existissem.
 
Leis de refração
O fenômeno da refração é regido por duas leis. São leis análogas às leis da reflexão.
Estaremos tratando, ao enunciarmos essas leis para a refração, de um raio luminoso que incide sobre uma superfície a qual estabelece a separação entre dois meios. Um meio material será designado por meio (1), enquanto o outro meio será designado por meio (2). O índice de refração do meio (1) designaremos por n1 enquanto o índice de refração do meio (2) designaremos por n2.
Os meios (1) e (2) podem ser pensados como o ar (meio (1)) e a água (meio (2)) ou com o ar (meio (1)) e o vidro (meio (2)).
A luz incide no meio (1) de tal forma que o raio de luz incidente forma um ângulo com a normal (N) à superfície (S) no ponto de incidência. Este raio é refratado formando um ângulo com a normal (N) à superfície no ponto de incidência.
A primeira lei de refração estabelece que o raio incidente, o raio refratado e a normal pertencem a um mesmo plano. Dito de outra forma:
O plano de incidência e o plano da luz refratada coincidem.
A segunda lei estabelece uma relação entre os ângulos de incidência, de refração e os índices de refração dos meios. Tal relação é conhecida como Lei de Snell-Descartes e seu enunciado é:
Numa refração, o produto do índice de refração do meio no qual ele se propaga pelo seno do ângulo que o raio luminoso faz com a normal é constante.
Em linguagem matemática, a segunda lei pode ser escrita como:
Se a incidência for normal (ângulo de incidência zero), o ângulo refratado será nulo. Nesse caso a luz não sofre qualquer desvio. A única conseqüência da refração no caso da incidência normal é a alteração da velocidade da luz ao passar de um meio para o outro.
Se a incidência for oblíqua então o raio luminoso se aproximaria mais da normal naquele meio que for mais refringente (isto é, aquele meio que tiver o maior índice de refração). O meio com menor índice de refração é, por outro lado, aquele no qual a luz se propaga maisrápido.
Índice de refração
Ao mudar de meio a luz altera sua velocidade de propagação. Isto é de certa forma esperado, pois ao aumentar a densidade de um meio, maior será a dificuldade de propagação nele. Os fótons devem efetuar sucessivas colisões com as partículas do meio provocando um atraso, isto é, reduzindo sua velocidade.
A velocidade da luz no vácuo é a maior que qualquer objeto pode atingir. Denominamos por c a velocidade da luz no vácuo. Num meio natural qualquer a velocidade da luz nesse meio (v) é menor do que c. Portanto, podemos sempre escrever que
ou, equivalentemente .
O coeficiente n é o índice de refração do meio. É uma das grandezas físicas que caracterizam o meio (a densidade, por exemplo, é uma outra grandeza física que caracteriza um meio).
Em geral é complicado elaborar teorias voltadas para fazer previsões sobre o índice de refração de um meio (e isso é possível). Nesse livro adotaremos a idéia de que o índice de refração é uma característica do meio e que o valor desse índice para várias matérias pode ser obtido através de dados experimentais emitidos em tabelas.
O índice de refração do vácuo é 1 .
O índice de refração do ar é muito próximo de 1. O índice de refração da água será adotado como sendo 1,33. Os índices de refração de uma substância são muito sensíveis ao estado físico no qual ele se encontra (sólido, líquido ou vapor). Pode depender ainda da pressão, temperatura e outras grandezas físicas.
Lentes
Dentre os componentes de sistemas ópticos mais úteis, devemos citar as lentes. Se você tiver oportunidade de olhar detalhadamente a estrutura de uma máquina fotográfica moderna ou uma lente zoom ou ainda um telescópio, você entenderá rapidamente a relevância das lentes esféricas. Estes instrumentos úteis são construídos utilizando lentes esféricas. Os óculos são constituídos de duas lentes esféricas. Na figura abaixo temos um esquema de uma lente zoom de uma máquina fotográfica moderna. Nesse caso ela é composta de três lentes. A utilidade de uma lente é que com elas podemos aumentar (ou reduzir) o tamanho de um objeto. E esse aumento pode chegar a milhares de vezes. Esse é o caso dos microscópios e telescópios. As lentes de uso mais amplo são aquelas constituídas de vidro ou de acrílico (óculos, por exemplo)
São denominadas de lentes esféricas um arranjo no qual estão dispostos dois dioptros. Um dos dioptros deve ser um dioptro esférico e o outro poderá ser outro dioptro esférico ou um dioptro plano. A lente esférica e o objeto transparente limitado pelas superfícies  e dos dois dioptros. Denominaremos de  o índice de refração do meio no qual a lente está imerso (em geral o ar) e de  o índice de refração do meio do qual a lente é constituída.
Centro de curvatura e raio de curvatura
Para o que segue adotaremos ainda as seguintes definições.
Cada fase é constituída de uma superfície esférica de raio R. Temos, portanto, numa lente esférica, em geral, dois raios de curvatura  e . Conseqüentemente, teremos também dois centros de curvatura  e .
O eixo passando por  e  é o eixo principal. Ele cruza a primeira face no ponto  (um vértice da lente) e a segunda face no ponto  (o segundo vértice da lente). A distância entre  e  será adotada como a espessura (e) da lente.
Finalmente, vamos introduzir a nomenclatura comumente utilizada ao nos referirmos às lentes esféricas. Podemos ter seis tipos de lentes esféricas (formada por dioptros esféricos ou esférico e plano). Se olharmos para o perfil dessas lentes, veremos que três delas têm bordas finas e três delas têm bordas espessas.
Os nomes das lentes são, usualmente, associados às faces. Existem duas faces a nomear. Se a primeira fase for plana, o nome plano vem em primeiro lugar (plano-côncavo e plano-convexo). Se as faces tiverem nomes iguais fazemos uso do prefixo bi (bicôncava, biconvexa). Nos demais casos citamos a face que tiver o maior raio de curvatura em primeiro lugar e em seguida a de menor curvatura. Temos assim, de acordo com essa convenção os nomes das diversas lentes esféricas na figura acima.
Denominamos de lente delgada a uma lente tal que sua espessura seja muito menor do que os raios da curvatura de qualquer uma das faces (espessura desprezível).
5.- Procedimento:
5.1.1- Montar o equipamento conforme a foto abaixo.
5.1.2- Ligar a fonte de luz e ajustar o raio luminoso bem no centro do transferido 
5.1.3- Colocar o espelho plano no disco ótico e gira-lo a fim de mudar as direções e ângulos.
5.1.4- Verificar a existência de uma relação simples entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração.
5.1.5- Anotar os valores dos ângulos e montar uma tabela.
	Ângulo de Incidência(i)
	Sen i
	Ângulo de Refração(r)
	Sen r
	Sen i/ sen r
	
	
	
	
	
5.1- Resultados:
Vide abaixo a imagem do primeiro experimento:
Vide abaixo a imagem do segundo experimento:
Vide abaixo imagem do terceiro relatório 
TABELA COM OS ANGULOS ANOTADOS NO EXPERIMENTO.
	ÂNGULO I
	SEM I
	ÂNGULO R
	SEM R
	SEM I/SEM R
	20°
	0,34
	13°
	0,22
	1,54
	30°
	0,50
	20°
	0,34
	1,47
	40°
	0,64
	26°
	0,43
	1,49
	50°
	0,76
	31°
	0,51
	1,49
	60°
	0,86
	35°
	0,57
	1,51
	MEDIA
	
	
	
	1,50
Não foi possível completar a tabela para 45º porque a luz se decompõe e começa a retornar, a partir do ângulo limite, a luz passa não mais refratar.
6- Discussão:
6.1 O grupo refez os experimentos e os valores ficaram bem próximos ao listados acima.
7- Conclusão:
Ao término desse trabalho pudemos constatar na prática os diversos fenômenos da ótica geométrica, inclusive comparando elementos e informações da teoria com efeitos práticos observados nas experiências. Concluímos que a luz ao passar de um meio a outro sofre diversas mudanças, dentre elas a sua direção e o seu ângulo. Ao realizarmos um experimento percebemos que após certo ângulo o raio de luz não podia mais ser visto e a teoria nos informa claramente que esse fenômeno se dá devido ao ângulo de reflexão exceder o ângulo limite. Dentre esses e outros fenômenos essa prática pode nos fornecer uma dimensão ampla das leis da ótica geométrica.
 
8- Bibliografia:
8.1 	http://www.alunosonline.com.br/fisica/principios-otica-geometrica.html
8.2 http://www.brasilescola.com/fisica/conceitos-basicos-otica-geometrica.htm
Pesquisado no dia 09/11/2014.