Experimento 1 - Reflexão

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Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia
Unidade Acadêmica de Física
Física Experimental II
Reflexão da Luz
Professor: Pedro Luiz do Nascimento
Aluna: Anna Julya Santos de Oliveira
Matrícula: 118110089
Março, 2021
PREPARAÇÃO DE REFLEXÃO - ÓPTICA GEOMÉTRICA
1. Que acontecimentos na natureza que você tenha observado podem estar relacionados com a Reflexão da Luz? 
A reflexão da luz do Sol na água, reflexão de algum objeto em um metal
2. Ao olhar sua imagem em um espelho, o que você pode destacar quanto ao tamanho de sua imagem? Quanto a distância da imagem ao espelho?
O tamanho da imagem no espelho é o mesmo tamanho real. A distância da imagem ao espelho é igual à distância do espelho à pessoa.
3. Sua mão esquerda em relação a sua imagem e em relação ao seu corpo? Explique. 
Estando com os braços direcionados para baixo, a mão esquerda estará próxima ao corpo e em relação a imagem terá a distância do corpo ao espelho mais a distância do espelho até a imagem.
4. Ao olhar sua imagem na parte interna de uma colher, o que você pode observar? 
Imagem refletida de cabeça para baixo.
5. E quando olhar em relação à parte externa de uma colher o que pode ser observado?
Reflexão da imagem.
6. O que entendes por Reflexão da Luz? Enuncie as Leis de Reflexão da Luz.
A reflexão da luz é um fenômeno óptico em que um feixe de luz, ao incidir sobre uma superfície, retorna ao seu meio de origem.
As leis da reflexão são: 
– O raio incidente, a normal à superfície refletora no ponto de incidência e o raio refletido pertencem a um mesmo plano. 
– O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. 
7. Como é possível identificar o foco de um espelho esférico côncavo? Experimentalmente.
No espelho côncavo, o foco F é um ponto-imagem real definido pelos cruzamentos efetivo dos raios luminosos refletidos.
8. Fazer ilustrações dos elementos principais de um espelho côncavo? E de um espelho convexo?
Espelho Côncavo
Espelho Convexo
INTRODUÇÃO
De início, podemos conceituar a reflexão como sendo um fenômeno ondulatório que ocorre quando uma onda incide sobre um obstáculo e retorna, se propagando no mesmo meio anterior. Assim, quando um raio luminoso incide sobre uma superfície refletora, ocorre a mudança da direção de propagação da luz (desde que o ângulo de incidência não seja de 90°).
Na figura seguinte podemos observar o que acontece na reflexão.
FIGURA 1 - Reflexão
Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-reflexao-luz.htm
O feixe de luz que se dirige à superfície é denominado de raio de incidência, e imagina-se que este raio incide na superfície faz um ângulo Î com a normal à superfície no ponto de incidência e um ângulo rr raio de reflexão.
A reflexão possui duas leis que serão descritas a seguir:
i) O feixe incidente, a reta normal à superfície no qual o raio incide e o feixe refletido estão situados em um mesmo plano.
ii) O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão (i = r).
Com o objetivo de colocar em prática as leis da reflexão, foram realizados alguns experimentos e feitas análises. Como o período está acontecendo de forma remota, foi assistido os vídeos desses experimentos para que a análise fosse realizada.
MATERIAIS UTILIZADOS
Nos cinco experimentos, usamos os seguintes materiais listados a seguir:
· Fonte de luz branca 12 V – 21 W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
· Base metálica (8 x 70 x 3) cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700 mm;
· Suporte para disco giratório;
· Disco giratório ∅ 23mm com escala angular e subdivisões de 1°.
· Superfície refletora conjugada: côncava, convexa e plana;
· 02 diafragmas: um com uma fenda e outro com cinco fendas;
· Lente de vidro convergente plano-convexa com ∅60 mm, DF 120 mm, em moldura plástica com fixação magnética;
· 02 cavaleiros metálicos;
· 02 espelhos planos (60 x 80) mm;
· 02 fixadores de espelho plano;
· Vela;
· Espelho côncavo ∅5mm e 20 cm de distância focal, em moldura plástica com fixação magnética;
· Régua de 50cm;
· Anteparo para projeção com fixador magnético;
· Caixa de fósforos.
 EXPERIMENTO 1 - AS LEIS DA REFLEXÃO: ESPELHOS PLANOS
1.1 MONTAGEM E METODOLOGIA
Foi montado o equipamento conforme a Figura 2 e feito os ajustes necessários para o início do experimento, tais como os ajustes do filamento da lâmpada para que esta ficasse no foco da lente e a localização do raio luminoso bem no centro do transferidor. Após isso, foi girado o espelho plano, colocado sobre o disco óptico, de forma que o ângulo de incidência variasse de 10 em 10º. Daí, foi anotado os resultados obtidos.
Figura 2: Montagem para o experimento de espelhos planos.
1.2 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE DADOS
No EXPERIMENTO 1, que tratava sobre as Leis da Reflexão, utilizando espelhos planos, é possível observar experimentalmente que o ângulo de incidência (I) era exatamente igual ao ângulo de reflexão (R), assim comprovando, uma das características principais das Leis da Reflexão. A Tabela 1 a seguir mostra os ângulos de incidência e de reflexão encontrados:
Tabela 1: Ângulos de Incidência e Reflexão.
	Ângulo de incidência (I)
	Ângulo de reflexão (R)
	0°
	0°
	10°
	10,1°
	20°
	20°
	30°
	30°
	40°
	40°
	50°
	50°
	60°
	60°
	70°
	70°
Comprovamos então que:
i) O feixe incidente, a reta normal à superfície no qual o raio incide e o feixe refletido estão situados em um mesmo plano.
ii) O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão (i = r).
1.3 CONCLUSÕES
	Com a realização do experimento, foi possível perceber as propriedades e as leis que regem os espelhos planos quanto à reflexão da luz.
EXPERIMENTO 2 - ASSOCIAÇÃO DE ESPELHOS PLANOS
2.1 MONTAGEM E METODOLOGIA
Foi montado o equipamento conforme a Figura 3 e feito os ajustes iniciais para o desenvolvimento do experimento, dentre os quais colocar os espelhos planos sobre o transferidor formando um ângulo de 60° entre si.
Figura 3: Montagem para o experimento Associação de espelhos planos.
Então o objeto foi colocado entre os espelhos e contou-se o número de imagens formadas por eles. Então, verificou-se o número de imagens formadas. Após esse procedimento, foi variando os ângulos entre os espelhos e os resultados obtidos no que diz respeito a quantidade de imagens foram calculados.
2.2 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE DADOS
Foi observado que para um ângulo de 60º entre os espelhos formavam 5 imagens. Para concretizar este resultado, calculou-se o número teórico de imagens para o respectivo ângulo através da Lei de Gauss:
Onde é o ângulo entre os espelhos.
Assim,
Esse resultado condiz com o número de imagens observadas nos espelhos.
Tabela 2: Número de imagens obtidas.
	Ângulo Entre Espelhos
	NTeórico 
	NMedido
	30°
	11
	11
	45°
	7
	7
	60°
	5
	5
	90°
	3
	3
	120°
	2
	2
A relação matemática que estima o número de imagens formada entre dois espelhos planos é um pouco restrita, pois esta só produz valores concretos se os ângulos entre os dois espelhos forem múltiplos de 360º. Outrossim, os valores gerados serão valores decimais, não indicando um número de imagens real.
Outra observação importante é a de que se o ângulo entre os espelhos planos for nulo, ou seja, se os espelhos estiverem paralelos uns aos outros, o número de imagens será infinito. Isso pode ser conferido através da Lei de Gauss
2.3 CONCLUSÕES
	Por meio desse experimento realizado foi possível observar uma outra importante propriedade dos espelhos planos: o número de imagens formadas quando dois espelhos planos são associados.
EXPERIMENTO 3: REFLEXÃO DA LUZ EM ESPELHOS CÔNCAVOS
3.1 MONTAGEM E METODOLOGIA
Foi montado o equipamento conforme Figura 4 e feito os ajustes necessários para o início do experimento, como os ajustes do filamento da lâmpada para que esta ficasse no foco da lente e a localização dos raios luminosos paralelos ao eixo principal do espelho côncavo. Os raios incidentes e refletidos foram desenhados em uma folha de papel ofício (Em anexo).Figura 4: Reflexão da luz em espelhos côncavos.
3.2 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS DADOS
	Foi possível determinar os principais elementos de um espelho côncavo, os quais estão demonstrados na seguinte imagem:
C: Centro de Curvatura - é o centro da esfera que deu origem ao espelho
R: Raio de Curvatura - é o raio da esfera que deu origem ao espelho
V: Vértice - é a interseção entre o eixo principal e a calota esférica
F: Foco - quando um feixe de raios paralelos incide sobre um espelho esférico de Gauss, paralelamente ao eixo principal, origina um feixe refletido convergente, no caso do espelho côncavo, e divergente, no espelho convexo. Esses raios refletidos ou seus prolongamentos vão se encontrar em um ponto chamado foco principal. Ele se encontra no ponto médio entre o vértice e o centro de curvatura do espelho, ou seja , f=c/2, onde c é a distância entre o ponto C e V,e f é a distância entre o ponto F e V
Eixo principal: É a reta que passa pelo centro de curvatura e sai perpendicular ao vértice do espelho
Pelas observações experimentais e pela teoria já existente, define - se o ponto de
cruzamento do feixe refletido como eixo principal do espelho côncavo como sendo
o foco do espelho, e também percebe-se que esse foco é real.
As propriedades do raio luminoso para um espelho côncavo podem ser escritas:
 
· Todo raio de luz que incide passando pelo centro de curvatura reflete-se sobre si mesmo
· Todo raio de luz que incidir paralelamente ao eixo principal reflete-se passando pelo foco
· Todo raio de luz que incidir no espelho passando pelo foco reflete-se paralelamente ao eixo principal
· Todo raio de luz que incidir no vértice reflete-se de tal forma que o ângulo incidente e de reflexão são iguais em relação ao eixo principal
3.3 CONCLUSÕES
	Com o experimento realizado, foi possível observar e enunciar as propriedades dos espelhos côncavos e, de forma prática, constatar a presença de um foco no mesmo.
EXPERIMENTO 4: REFLEXÃO DA LUZ EM ESPELHOS CONVEXOS
4.1 MONTAGEM E METODOLOGIA
O equipamento foi montado conforme a Figura 5 e feito os ajustes necessários para o início do experimento, como os ajustes do filamento da lâmpada para que esta ficasse no foco da lente e a localização dos raios luminosos paralelos ao eixo principal do espelho côncavo. Notou-se que para este tipo de espelho não houve cruzamento real dos seus feixes refletidos, porém, foi desenhado os raios incidentes e refletidos em uma folha de papel ofício (Em anexo) e através do prolongamento dos seus feixes refletidos foi possível medir a distância focal desse espelho.
Figura 5: Reflexão da luz em espelhos convexos.
4.2 	ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS DADOS
Com esse experimento foi possível determinar os principais elementos de um espelho convexo, os quais estão demonstrados na imagem abaixo:
C: Centro de Curvatura - é o centro da esfera que deu origem ao espelho
R: Raio de Curvatura - é o raio da esfera que deu origem ao espelho
V: Vértice - é a interseção entre o eixo principal e a calota esférica
F: Foco - quando um feixe de raios paralelos incide sobre um espelho esférico de Gauss, paralelamente ao eixo principal, origina um feixe refletido convergente, no caso do espelho côncavo, e divergente, no espelho convexo. Esses raios refletidos ou seus prolongamentos vão se encontrar em um ponto chamado foco principal. Ele se encontra no ponto médio entre o vértice e o centro de curvatura do espelho, ou seja , f=c/2, onde c é a distância entre o ponto C e V,e f é a distância entre o ponto F e V
Eixo principal: É a reta que passa pelo centro de curvatura e sai perpendicular ao vértice do espelho
	Pelas observações experimentais e pela teoria já existente, define-se o ponto de cruzamento dos prolongamentos dos feixes refletidos com o eixo principal do espelho convexo como sendo ofoco do espelho e também percebe-se que esse foco é virtual.
As propriedades do raio luminoso para um espelho convexo são:
· Todo raio de luz que incide perpendicular à superfície, ou seja, em direção ao centro de curvatura, reflete-se sobre si mesmo
· Todo raio que incide paralelamente ao eixo principal reflete-se em direção ao ponto de foco. A condição contrária também é válida, todo raio de luz que incide no espelho em direção ao ponto de foco reflete-se paralelo ao eixo principal
· Todo raio de luz que incide sobre o vértice do espelho reflete-se de tal forma que o ângulo incidente e o ângulo de reflexão sejam iguais em relação ao eixo principal.
4.3 CONCLUSÕES
	Com o experimento realizado, foi possível observar e enunciar as propriedades dos espelhos convexos e, de forma prática, constatar a presença de um foco no mesmo.
EXPERIMENTO 5: DISTÂNCIA FOCAL DE UM ESPELHO CÔNCAVO
5.1 MONTAGEM E METODOLOGIA
Foi montado o equipamento conforme a Figura 6 e feito os ajustes iniciais, colocando assim as distâncias exigidas entre o espelho côncavo, objeto e o anteparo para a execução do experimento. Foi-se ajustada, também, a posição do anteparo para que a imagem projetada ficasse bem nítida.
 Figura 6: Distância focal de um espelho côncavo.
5.2 	ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS DADOS
Utilizando a seguinte equação de Gauss para calcular a distância focal:
	
Foi possível completar a seguinte tabela:
	N
	D0 (cm)
	D1 (cm)
	f (cm)
	1
	50
	31,0
	19,14
	2
	45
	32,1
	18,73
	3
	42
	34,4
	18,91
	4
	37
	38,3
	18,82
	5
	30
	47,5
	18,39
Calculando o valor médio dos f obtidos:
fmédio = 18,80 cm
	Como visto na teoria, a imagem projetada no anteparo pelo espelho côncavo é real, sendo também invertida, como se pode perceber em esquema geral de formação de imagem por espelhos côncavos:
5.3 CONCLUSÕES
	Com o experimento realizado, foi possível determinar aproximadamente a distância focal de um espelho côncavo e esquematizá-lo, mostrando como se forma uma imagem no mesmo.