Relatório 1 - Reflexão da luz

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG
Centro de Ciências e Tecnologia – CCT
Unidade Acadêmica de Física
Laboratório de Óptica, Eletricidade e Magnetismo
Aluna: Joyce Ingrid Venceslau de Souto
Turma: 09
REFLEXÃO DA LUZ
Campina Grande 
Setembro de 2018
Sumário
1. INTRODUÇÃO................................................. .......................................................3
2. MATERIAIS UTILIZADOS.................................................. ....................................3
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.............. ................................................................3
	3.1 Reta Normal.................................................... ............................................3
	3.2 Ângulo de Incidência................................................. .................................4
	3.3 Ângulo de Reflexão.......................................... ..........................................4
	3.4 Leis da Reflexão............................................... ..........................................4
	3.5 Espelhos Planos....................................... ..................................................4
		3.5.1 Associação de dois espelhos planos.............................................5
	3.6 Espelhos Esféricos......................................................................................5
		3.6.1 Características das imagens nos espelhos esféricos....................6
	3.7 Espelhos Côncavos.....................................................................................6
	3.8 Espelhos Convexos.....................................................................................7
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS...................................................................7
	4.1 As Leis da Reflexão: Espelhos Planos........................................................7
	4.2 Associação de Espelhos..............................................................................7
	4.3 Reflexão da Luz em Espelhos Côncavos....................................................8
	4.4 Reflexão da Luz em Espelhos Convexos....................................................8
	4.5 Distância Focal de um Espelho Côncavo....................................................8
5. DADOS COLETADOS.............................................................................................9
	5.1 As Leis da Reflexão: Espelhos Planos........................................................9
	5.2 Associação de Espelhos..............................................................................9
	5.3 Distância Focal de um Espelho Côncavo....................................................9
6. ANÁLISES.............................................................................................................10
	6.1 As Leis da Reflexão: Espelhos Planos......................................................10
	6.2 Associação de Espelhos............................................................................10
	6.3 Reflexão da Luz em Espelhos Côncavos..................................................10
	6.4 Reflexão da Luz em Espelhos Convexos..................................................10
	6.5 Distância Focal de um Espelho Côncavo..................................................10
7. CONCLUSÕES......................................................................................................10
	
1. INTRODUÇÃO
	A reflexão da luz é uma parte da Óptica na qual se desenvolve um estudo sobre espelhos planos e esféricos a partir da luz e dos fenômenos luminosos. Por exemplo, a reflexão da luz é um dos fenômenos ópticos mais importantes do nosso cotidiano: graças a ela conseguimos enxergar tudo o que nos rodeia.
Os procedimentos dos experimentos buscam apresentar importantes fenômenos da reflexão da luz e suas respectivas leis.
2. MATERIAIS UTILIZADOS
Para os cinco experimentos foram utilizados os seguintes materiais: 
· Fonte de luz branca 12V – 21W;
· Base metálica com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
· Superfície refletora conjugada: côncava, convexa e plana; 
· Diafragma com uma fenda; 
· Lente de vidro convergente plano-convexa; 
· Cavaleiro metálico; 
· Suporte para disco giratório; 
· Disco giratório com escala angular e subdivisões de 1º;
· Dois espelhos planos;
· Dois fixadores de espelho plano;
· Diafragma com cinco fendas; 
· Vela; 
· Dois cavaleiros metálicos; 
· Espelho côncavo, em moldura plástica com fixação magnética; 
· Régua; 
· Anteparo para projeção com fixador magnético; 
· Caixa de fósforos.
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
	A reflexão  é fenômeno no qual uma propagação energética periódica (onda) volta ao ponto de origem após atingir determinado ponto.
Essa propagação energética pode ser mecânica (como uma sucessão de ondas em uma corda) ou eletromagnética (propagação da luz). Entretanto, por ser mais voltado ao estudo da física óptica, trataremos da reflexão da luz incidente sobre uma superfície. Para isso, é necessária a apresentação de alguns conceitos:
3.1 Reta Normal
Quando a luz é refletida, mede-se o ângulo de incidência (i), e o ângulo de reflexão (r), como o desvio dos feixes em relação a uma reta perpendicular (N) ao espelho:
3.2 Ângulo de Incidência
O ângulo de incidência é o respectivo ângulo (a partir da reta N) no qual um feixe de luz incide numa face espelhada. Sendo que, a reflexão só acontece de fato se o ângulo i for diferente de 90° (feixe paralelo ao espelho).
3.3 Ângulo de Reflexão
 	O ângulo de reflexão é o respectivo ângulo (a partir da reta N) no qual um feixe de luz provém de uma face espelhada. Sendo assim, r é sempre diferente de 90°.
3.4 Leis da Reflexão
1. A primeira lei da reflexão diz que o raio incidente, o raio refletido e a reta normal são coplanares. Ou seja, coexistem no mesmo plano geométrico;
2. O ângulo refletido é igual ao ângulo de incidência.
De forma análoga, a figura (b) representa as duas leis:
3.5 Espelhos Planos
Espelho é toda superfície polida capaz de refletir realmente a luz. 
Propriedades das imagens nos espelhos planos:
1) A imagem se forma atrás do espelho (imagem virtual) através do cruzamento dos prolongamentos dos raios que incidem o espelho, e a mesma tem o mesmo tamanho do objeto.
2) A distância do objeto ao espelho é igual à distância da imagem ao espelho, portanto, são simétricos.
3) Há reversão da imagem (direita para a esquerda ou vice-versa, mas não de baixo para cima).
Os raios que partem de um objeto, diante de um espelho plano, refletem-se no espelho e voltam atingindo os nossos olhos, formando assim uma imagem. Então, recebemos raios luminosos que parecem ser provenientes de um objeto atrás do espelho.
3.5.1 Associação de dois espelhos planos
Um espelho plano dá apenas uma imagem de cada objeto. Unindo-se dois espelhos planos, eles formam um ângulo entre si, e, a partir disso, notam-se duas ou mais imagens. O número de imagens é resultado de várias reflexões nos dois espelhos, e aumenta conforme diminui o ângulo entre eles.
Determina-se o número de imagens através da fórmula:
onde N é o número de imagens formadas e α o ângulo formado entre os espelhos.
3.6 Espelhos Esféricos
Espelho esférico é constituído de uma superfície lisa e polida, com formato esférico. Se a parte refletora for interna, será um espelho côncavo; caso a superfície refletora seja a parte externa, será um espelho convexo.
A posição e o tamanho das imagens formadas pelos espelhos esféricos podem ser determinados a partir do comportamento dos raios que saem do objeto e incidem sobre o espelho. Podemos pegar apenas três raios notáveis para determinar as características da imagem:
1) Todo raio que incide paralelamente ao eixo principal é refletido passando pelo foco (F), e o caminho inverso também ocorre.
2) Todo raio que incide sobre o centro de curvatura (C) reflete sobre si mesmo.
3) Todo raio que incide sobre o vértice (V) é refletido simetricamente em relação ao eixo principal. O ângulo de incidência é igual ao ângulo dereflexão.
3.6.1 Características das imagens nos espelhos esféricos
As características das imagens nos espelhos esféricos mudam de acordo com que mudamos a posição do objeto na frente do espelho.
Temos dois tipos de imagem, virtual e real:
1) Imagem virtual: é vista no ponto de encontro dos prolongamentos dos raios refletidos.
2) Imagem real: é vista em um ponto onde realmente passam os raios refletidos.
Podemos dizer como as imagens irão se comportar sabendo qual a posição do objeto em relação ao espelho:
3.7 Espelhos Côncavos
1) Objeto localizado antes do centro de curvatura:
A imagem é real, está posicionada entre o centro de curvatura e o foco, é invertida e o seu tamanho é menor que o objeto.
2) Objeto localizado sobre o centro de curvatura:
A imagem é real, está posicionada sobre o centro de curvatura, é invertida e tem o mesmo tamanho do objeto.
3) Objeto localizado entre o centro de curvatura e o foco:
A imagem é real, está posicionada antes do centro de curvatura, é invertida e o seu tamanho é maior que o objeto.
4) Objeto localizado sobre o foco:
A imagem é imprópria, pois os raios de luz saem paralelos.
5) Objeto localizado entre o foco e o vértice:
A imagem é virtual, está posicionada atrás do espelho ou depois do vértice, é direita e o seu tamanho é maior que o objeto.
Os espelhos côncavos são muito usados por mulheres para passar maquiagem no rosto, pois amplia a imagem.
3.8 Espelhos Convexos
A imagem nos espelhos convexos sempre será virtual, estará posicionada entre o foco(F) e o vértice(V), será direita e o seu tamanho será menor que o objeto.
Os espelhos convexos são bastante utilizados nos retrovisores direito dos carros, pois diminui a imagem para que caibam mais imagens no espelho, dando assim uma ampla visão.
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
4.1 As Leis da Reflexão: Espelhos Planos
Monta-se o experimento de acordo com a imagem abaixo:
Com a luz devidamente regulada e o espelho posicionado dar-se início ao experimento. O primeiro ângulo de incidência é o zero; incide a luz e anota-se o ângulo refletido. Repete-se o experimento, variando de 10 em 10°, até 70°.
4.2 Associação de Espelhos 
Monta-se o experimento de acordo com a imagem abaixo:
	Inicialmente o objeto escolhido foi colocado entre a associação de espelho com um ângulo de 120°, observou-se o número de imagens formadas e anotou-se o valor. O experimento foi realizado para uma associação com 90°, 60°, 45° e 30° de ângulo entre os espelhos.
4.3 Reflexão da Luz em Espelhos Côncavos
Monta-se o experimento de acordo com a imagem abaixo:
Incide os feixes de luz sobre o espelho e analisa-se o comportamento dos feixes após refletidos.
4.4 Reflexão da Luz em Espelhos Convexos
Monta-se o experimento de acordo com a imagem abaixo:
Incide os feixes de luz sobre o espelho e analisa-se o comportamento dos feixes após refletidos.
4.5 Distância Focal de um Espelho Côncavo
Monta-se o experimento de acordo com a imagem abaixo:
	Varia-se a distância do espelho ao objeto, logo após, ajusta-se o anteparo para que a imagem projetada fique bem nítida. Anota-se a distância da imagem formada ao espelho. A partir da equação de Gauss e dos dados coletados, é determinada a distância focal.
5. DADOS COLETADOS
5.1 As Leis da Reflexão: Espelhos Planos
	Ângulo de incidência (I)
	Ângulo de reflexão (R)
	0°
	0°
	10°
	9,9°
	20°
	19,9°
	30°
	29,9°
	40°
	38°
	50°
	50°
	60°
	59°
	70°
	70°
5.2 Associação de Espelhos 
	Ângulo entre espelhos
	Nº teórico
	Nº medido
	30°
	11
	10
	45°
	7
	7
	60°
	5
	5
	90°
	3
	3
	120°
	2
	2
5.3 Distância Focal de um Espelho Côncavo
	Nº
	D0 (cm)
	D1(cm)
	f (cm)
	1
	50
	34
	20,24
	2
	45
	35
	19,69
	3
	42
	36
	19,38
	4
	37
	40
	19,22
	5
	30
	50
	18,75
6. ANÁLISES 
6.1 As Leis da Reflexão: Espelhos Planos
Os espelhos planos tem o ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência. Foi comprovado a partir do experimento.
Alguns erros experimentais podem ser cometidos quando se ajusta o raio luminoso (como a posição da fenda, da lente, a medição do ângulo, etc), além das condições de estado da lente. Por isso que obtivemos alguns valores diferentes do ângulo de incidência.
6.2 Associação de Espelhos 
O experimento também demonstrou resultados satisfatórios. O número de imagens teóricas correspondeu aos números de imagens medidos. 
Um dos problemas do experimento é a imagem que se formar na interseção entre dois espelhos, que pode confundir o observador. Numa associação de espelhos em paralelo cada imagem de um espelho faz o papel de um novo objeto para o outro espelho, e assim sucessivamente, formando infinitas imagens.
6.3 Reflexão da Luz em Espelhos Côncavos
Nesse experimento, o objetivo é identificar os elementos principais dos espelhos côncavos como o foco real. Assim como suas propriedades, por exemplo, raios que incidem paralelamente ao eixo central desse espelho côncavo, são refletidos passando pelo foco do mesmo. E ainda, as características da imagem formada pelo espelho côncavo que é real, menor e invertida.
6.4 Reflexão da Luz em Espelhos Convexos
Similar ao experimento anterior, o objetivo é identificar os elementos principais dos espelhos convexos. A imagem formada será sempre virtual, menor e direita.
6.5 Distância Focal de um Espelho Côncavo
Para os cinco valores analisados, a média do valor do foco é de 19,456 cm. A imagem formada no anteparo é formada a partir dos raios de luz refletidos, ou seja, é uma imagem real e, além disso, a imagem também é invertida.
7. CONCLUSÕES
Dispondo de um aparato específico, pudemos comprovar as Leis da Reflexão, de forma clara e direta, sem deixar margem para especulações ou erros. Dessa forma, vimos na prática que o ângulo de incidência (I) é igual ao ângulo de reflexão (R), como enunciado na teoria.
Na associação de espelhos planos, fizemos uma comparação entre o que conseguimos mensurar e aquilo que se esperava obter teoricamente. Com isso, concluímos que, a partir de um ângulo entre dois espelhos planos, podemos obter um número fixo de imagens, que no nosso caso, se manteve coerente com o resultado esperado.
A reflexão da luz em espelhos côncavos e convexos nos revelou a real aparência dos feixes luminosos quando estes incidem em um espelho esférico. Podemos com isso, identificar os pontos elementares, tais como foco e vértice e, partindo desse conhecimento, determinar a natureza da imagem obtida, se é real ou virtual, e do comportamento dos raios luminosos.
Para concluir o estudo da Reflexão da Luz, analisamos o experimento de determinação da distância focal de um espelho côncavo, que, de certa forma, reunia todas as observações e análises contidas nos experimentos anteriores. Com o auxílio da equação de Gauss, podemos fazer sucessivas medições de distância focal, para várias distâncias objeto-espelho e, por fim, determinar uma média do valor da distância focal. Além disso, também nos aprofundamos no estudo das características da formação de imagens de um espelho côncavo, determinando em quais situações a imagem projetada seria real ou virtual e direita ou invertida, finalizando com a construção de um diagrama que facilitaria a compreensão de todo o estudo.