Atividade experimental 02

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Atividade experimental 02
Desvio da Luz - Lei de Snell, Refração
Março/2015
Introdução teórica
Chamamos de refração da luz o fenômeno em que ela é transmitida de um meio para outro diferente. Nesta mudança de meios a frequência da onda luminosa não é alterada, embora sua velocidade e o seu comprimento de onda sejam. Com a alteração da velocidade de propagação ocorre um desvio da direção original.
Para se entender melhor este fenômeno, imagine um raio de luz que passa de um meio para outro de superfície plana, conforme mostra a figura abaixo:
Onde alfa e beta são ângulos de reflexão e gama é o ângulo de refração.
Outro fato importante sobre a refração da luz diz respeito à dependência entre o índice de refração e a frequência da luz incidente. A mudança de velocidade da luz depende, dentre outros fatores, da “cor” da luz: quanto maior é a frequência da onda luminosa, menor é o índice de refração absoluto do meio.
1ª lei da refração
A primeira lei da refração afirma que os raios de luz incidente e refratado, bem como a reta normal, são retas coplanares, isto é, devem estar contidas no mesmo plano.
2ª lei de refração – Lei de Snell-Descartes
A segunda lei da refração, também conhecida como lei de Snell-Descartes, é usada para calcular o desvio angular sofrido pelo raio de luz refratado. De acordo com essa lei, a razão entre os senos dos ângulos de incidência e refração é igual à razão entre as velocidades da luz nos meios incidente e refratado, respectivamente. A fórmula da 2ª lei da refração é mostrada a seguir, observe:
Habilidades da BNCC
(EM13CNT301) Construir questões, elaborar hipóteses, previsões e estimativas, empregar instrumentos de medição e representar e interpretar modelos explicativos, dados e/ou resultados experimentais para construir, avaliar e justificar conclusões no enfrentamento de situações-problema sob uma perspectiva científica.
Objetivos de aprendizagem
1. Explicar como a luz se desvia na interface entre dois meios e o que determina o ângulo.
2. Aplicar a lei de Snell a um raio laser que incide na interface entre dois meios.
3. Descrever como a velocidade e o comprimento de onda da luz muda em diferentes meios.
Materiais e recursos necessários
· Google Docs para a criação da sequência didática e trabalho em grupo
· Google Meet para a reunião da equipe
· Simulador Phet Colorado Desvio da Luz
· Livro didático de nível médio
Procedimento experimental
Na primeira tela de introdução aprenda inicialmente a mexer com os controles e ferramentas fornecidas na animação.
Figura 1.
Experimente ligar e desligar o raio luminoso, para isso clique no botão vermelho, alterar o raio para uma onda (neste caso existe ainda a possibilidade de congelar ou acelerar a animação), neste roteiro não utilizaremos o feixe em forma de ondas. Alterar o ângulo do feixe, basta girar o laser em um ou outro sentido.
Os procedimentos são bastante intuitivos. Depois aprenda a usar a caixa de ferramentas que fica no canto esquerdo abaixo do laser. Explore mexer no transferidor, Saiba como ativar e desativar a reta normal clicando no quadrado branco. Observe mudar o material do meio superior e inferior entre as cinco possibilidades (ar, água, vidro, mistério A, mistério B, e a definir). • Saiba como mudar o valor do índice de refração da possibilidade “a definir” entre os valores compreendidos entre 1 e 1,6.
Ligue o laser, ative a reta normal, coloque o meio 1 o ar e o meio 2 a água, e posicione o transferidor rente a divisão dos meios.
Figura 2.
Mova o laser e observe a relação do ângulo de incidência com o refratado.
Questões para discussão
Aqui faço uma proposta de utilizar inicialmente o exercício abaixo.
1) Um raio luminoso, ao passar de um meio I com índice de refração n1=1 para o meio II com índice de refração n2= 1,41, sofre um desvio na sua trajetória. Se o ângulo de incidência é de 45º, qual o valor do ângulo de refração no meio II?
Agora que você realizou o cálculo do valor do ângulo de refração, utilize o simulador para verificar se o modelo computacional está adequado às equações utilizadas na refração. Não esqueça de utilizar o transferidor e colocar os valores corretos nos índices de refração dos meios I e II.
Aqui faço mais uma vez a proposta de utilizar inicialmente o exercício abaixo.
2) Um raio luminoso, ao passar de um meio I para outro II (vide figura), tem sua trajetória alterada, passando a formar um ângulo menor com a normal à superfície de separação dos dois meios. Podemos afirmar que:
a) O meio I é mais refringente que o meio II.
b) A velocidade da luz no meio I é menor que no meio II.
c) O ângulo de incidência no meio I é maior que no meio II.
d) O meio II é mais refringente que o meio I.
e) O ângulo de reflexão no meio I é igual ao ângulo de refração do meio II.
3) Posicione o índice de refração do meio 1 em mistério B e o do meio 2 em mistério A e utilize o medidor de velocidade para responder qual é o meio mais refringente. Justifique
Figura 3.
Referências bibliográficas
GASPAR, A. Física. Compreendendo a Física. São Paulo: Ática, 2013. v. 2 HEWITT, P. G. Física conceitual. 12. ed. Porto Alegre: Bookman, 2015.
ONDAS EM CORDA. In: Phet Interactive Simulactions. University of Colorado Boulder. Disponível em <https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/wave-on-a-string>; Acesso em 13/03/2018.
HELERBROCK, Rafael. "Refração da luz"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-refracao-luz.htm. Acesso em 25 de março de 2021