Relatório de experimento sobre propagação da luz

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RELATÓRIO DE EXPERIMENTAL 
CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO - 5º PERÍODO
DISCIPLINA: INTRODUÇÃO A FÍSICA MODERNA
PROPAGAÇÃO DA LUZ
GABRIEL MORO
MARLON CORDEIRO CORREA
Instituto Federal do Espírito Santo
1º Semestre
Linhares – 2018 
INTRODUÇÃO
Uma onda eletromagnética é capaz de transportar energia e fornecê-la a um corpo. A taxa por unidade de área com a qual uma onda eletromagnética transporta energia é descrita por um vetor S, denominado vetor de Poynting (HALLIDAY e RESNIK, 2012), que é definido através da equação abaixo:
Na prática é mais utilizada a energia média transportada, a média de S ao longo do tempo, representada como Sméd e também conhecida como intensidade I da onda. Relacionando a equação do vetor de Poyting com grandezas como campo elétrico, velocidade de onda e campo magnético, obtém a seguinte equação matemática para o cálculo da intensidade:
Outra relação é a intensidade de uma onda eletromagnética que pode ser definida como a potência pela unidade de área. Toda a energia emitida por uma fonte passa por superfície esférica, assim, a troca com a qual a energia atravessa a superfície esférica é igual à troca com a qual a energia é emitida pela fonte, ou seja, é igual à potência (Ps) da fonte.
Usando métodos matemáticos avançados, podemos mostrar que a intensidade I é também dada por: 
A conservação da energia de uma onda determina que a sua intensidade deva diminuir com o quadrado da distância até à fonte. Suponha que a onda esteja sendo emitida com a potência P, por uma fonte pontual. A intensidade da onda a uma distância d da fonte é a potência da fonte dividida pela área de uma superfície esférica de raio d, como mostra a Figura 1. Quanto mais distante da fonte estiver o observador, menor será a intensidade que ele vai perceber.
Figura 1.
OBJETIVO
Investigar a iluminação ‘E’ e relacionar a distância r entre a fonte de luz e a área iluminada.
MATERIAIS UTILIZADOS
Nesta atividade prática de laboratório, foram utilizados os seguintes materiais:
Base com apoio variável.
Cavalete para banco óptico
Anteparo, branco, 150mm x 150mm.
Diafragma com quadrado, 10 mm x 10 mm.
Haste de apoio, aço inoxidável, 18/8, I = 600mm, d = 10 mm.
Escala métrica para banco óptico.
Fundo com haste para caixa de luz.
Caixa de luz, lâmpada halógena 12 V / 20 W
Fonte de potência, 0...12 V DC / 6V, 12 V AC.
Papel milimetrado (DIN A5).
Clipes de papel.
METODOLOGIA
Usando as duas hastes de apoio e a base de apoio variável, montou-se o banco óptico.
Colocou-se a fonte na parte esquerda da base de apoio de maneira que a extremidade da lente aponte para fora do banco óptico. Inseriu-se uma tampa à prova de luz em frente da lente e o diafragma com o orifício quadrado na ranhura do outro lado da caixa de luz.
Colocou-se uma folha de papel milimetrado sobre o anteparo, dobrando as bordas que se projetaram para trás e fixou-a com 3 clipes de papel firmemente ao anteparo.
Conectou-se a caixa de luz à fonte de potência (12 V AC) e a mesma foi ligada.
Moveu-se o anteparo lentamente para a direita e observou-se a área iluminada enquanto se fazia isso.
Colocou-se o anteparo na marca de 6 cm. (O anteparo está agora a uma distância r = 6 cm da fonte de luz [o filamento do bulbo na lâmpada]).
Com um lápis marcou-se as margens da área iluminada com uma linha tracejada.
O anteparo foi colocado também nas distâncias 12 cm, 18 cm e 24 cm. E as margens também foram marcadas.
Após desligar a fonte e unir as linhas tracejadas de cada margem mediram-se os comprimentos dos lados a e b (com as respectivas incertezas) de todas as áreas iluminadas e registrou-as na Tabela 1.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
1) Calcule as áreas  e o quadrado da respectiva distância r da fonte de luz para as áreas iluminadas. Registre os resultados na Tabela 1 (colunas 4 e 5).
	r (cm)
	a (cm)
	b (cm)
	a*b (cm²)
	r² (cm²)
	(a*b) / r²
	3
	1.0
	1.0
	1.0
	9.0
	0.11
	6
	2.7
	1.6
	4.32
	36.0
	0.12
	12
	6.3
	2.7
	17.01
	144.0
	0.12
	18
	8.3
	4.7
	39.01
	324.0
	0.12
	24
	10.1
	6.8
	68.68
	576.0
	0.12
Tabela 1
2) Compare os valores de  e r2. Qual é provavelmente a correlação entre A e r2? 
São diretamente proporcionais.
3) Verifique sua suposição: Calcule as razões (até duas casas decimais) e registre seus resultados na última coluna na Tabela 1. Escreva a correlação entre A e r2 como uma equação e em palavras.
A relação entre as duas variáveis está na proporção de 12%. .
4) De acordo com a relação acima, com o dobro da distância r a luz emitida pela fonte de luz é espalhada sobre o quádruplo da área, ou seja, a iluminação E (ou brilho) diminui a um quarto de seu primeiro valor. Qual é a correlação entre E e r?
São inversamente proporcionais.
5) A iluminação E é também proporcional à intensidade luminosa l. Qual é a correlação entre E, l e r? 
A correlação entre o brilho E e a intensidade luminosa é diretamente proporcional. A intensidade luminosa e o brilho são inversamente proporcionais ao quadrado do raio r.
6) Considerando um experimento ideal, ou seja, lâmpada ideal e meio de propagação ideal, ao qual não ocorrem perdas de energia nos diversos aspectos, determine teoricamente qual será a intensidade de onda na posição mais próxima e mais afastada do experimento.
De acordo com potência da lâmpada, fornecida no experimento no valor de 60W, podemos calcular a intensidade de onda através da fórmula:
Utilizando : Intensidade (próximo) 
Utilizando : Intensidade (afastada) 
7) A partir das respostas obtidas na questão 6, determine a pressão de radiação nas posições mais próxima e mais afastada do experimento da onda eletromagnética que incide no anteparo.
A pressão de radiação pode ser calculada através da seguinte fórmula:
Pressão de radiação (próximo) .
Pressão de radiação (afastado) .
8) A partir das respostas obtidas na questão 6, determine o valor do campo elétrico quadrático médio nas posições mais próxima e mais afastada do experimento da onda eletromagnética que incide no anteparo.
O valor quadrático do campo elétrico pode ser calculado através de:
Campo elétrico quadrático (próximo) .
Campo elétrico quadrático (afastado) .
9) A partir das respostas obtidas na questão 8, determine o valor do campo elétrico máximo nas posições mais próxima e mais afastada do experimento da onda eletromagnética que incide no anteparo.
O valor máximo do campo elétrico pode ser calculado através da seguinte relação:
Campo elétrico máximo (próximo) .
Campo elétrico máximo (afastado) .
CONCLUSÃO 
A partir destas práticas pode-se concluir que a teoria estudada em aula sobre o funcionamento da propagação da luz pode ser verificada através dos experimentos realizado em laboratório. Vimos que a intensidade de uma onda eletromagnética, campo elétrico e pressão de radiação são inversamente proporcionais à distância do objeto à fonte. O campo elétrico nas regiões mais próximas e mais afastada, diminuiu um quarto de seu primeiro valor. Já a pressão da radiação e a intensidade de onda diminuíram com o quádruplo da distância ao quadrado. Esta prática foi bem importante para a aprendizagem dos discentes, fixando o conteúdo dado em sala de aula, comparando a teoria com a prática.
REFERÊNCIAS
HALLIDAY, David; RESNIK, Robert; WALKER, Jearl. FUNDAMENTOS DE FÍSICA 4: ÓPTICA E FÍSICA MODERNA. 9º.ed. Ltc, 2012.