Verificação das leis de refração e reflexão

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Universidade Federal do Maranhão
Bacharelado Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia
Física Experimental II
EXPERIMENTO 1:
Verificação das leis de refração e reflexão
	
São Luís – MA
2018
ANA CAROLINE LUZO DE SÁ
EDUARDO VINICIUS ALVES PALMA PEREIRA
LUIS FERNANDO LINHARES DE OLIVEIRA
GLÁUCIA GABRIELLA RODRIGUES LIMA
MAURICIO SILVA FERREIRA 
THOMAS WENDELL FERNANDES DOS SANTOS
EXPERIMENTO 1:
Verificação das leis de refração e reflexão
Neste relatório serão expostos dados sobre óptica recolhidos durante experimento realizado em laboratório no dia 06 de abril de 2018. A partir dos dados obtidos pelos alunos foi realizada uma breve discussão dos resultados para análise e compreensão maior do assunto.
Prof. Dr. Frederico Elias Passos dos Santos
São Luís – MA
2018
Sumário
1 Introdução	4
2 Referencial Teórico	5
2.1 Refração	5
2.2 Reflexão	7
2.3 Propagação de incerteza	7
2.4 Desvio padrão	8
2.5 Erro experimental	8
2.6 Ângulo Limite	9
3 Procedimentos Experimentais	10
3.1 Materiais	10
3.2 Procedimento	11
4 Resultados e Discursões	13
5 Conclusão	13
Referências	14
1 Introdução
Normalmente passando despercebida pelo nosso cotidiano, a luz é uma parte crucial para nossa vida. Por ela são afetadas todas as superfícies e seres vivos, mostrando de cada um, seu padrão e provendo condições importantes para vida na superfície terrestre.
Desde o século XI aproximadamente, fenômenos que envolvem a reflexão e a refração vem sendo estudados por diversos cientista. Desde dos menos conhecidos como Teodorico de Freiberg e Roger Bacon, até grandes ícones da física como Isaac Newton.
Neste presente trabalho será apresentado e comentado os resultados obtidos. Por meio de embasamento teórico e informações dos índices já catalogadas na literatura, calculando assim os valores para cada padrão adotado na etapa de coleta.
Assim, através da observação e comprovação das leis da reflexão com base nos ângulos de incidência do feixe de luz, o laser, usados para reflexão e refração, será comprovado tal lei que rege este fenômeno e os eventos que acontecem quando a luz atravessa uma superfície que separa dois meios diferentes. Logo, foram utilizados para apreciação deste experimento o Kit Laser Line Box, um equipamento de laser e uma lente semicircular de acrílico.
2 Referencial Teórico
2.1 Refração
As primeiras experiências sobre óptica e os fenômenos da luz aconteceram nas civilizações da Grécia Antiga, mas somente no século XVI estes estudos foram mais aprofundados por meio de Galileu Galilei. A partir daí surgiram outros estudiosos da óptica: René Descartes, Christian Huygens e Isaac Newton.
A óptica é a parte da física que estuda os fenômenos luminosos e a visão do homem.
Na óptica geométrica o objeto de estudo é a reflexão e refração da luz, os espelhos e as lentes, e a propagação retilínea da luz. Enquanto na óptica física o que analisamos é a composição, emissão, absorção, polarização, difração e a interferência da luz.
A Lei da Refração originou-se através dos estudos de Snell e Descartes, por isso esta foi denominada de Lei Snell-Descartes.
A Refração ocorre quando a luz, ao passar de um meio para outro, sofre uma mudança em sua velocidade de propagação. No índice de refração, para meios homogêneos e transparentes, é considerada a variação na propagação da velocidade da luz.
Onde:
n = índice de refração (n) de um meio
c = velocidade de propagação da luz no vácuo
v = velocidade de propagação no meio 
Snell e Descartes, por meio de seus experimentos, concluíram que em uma 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.
Figura 1 - Segunda Lei da Refração
Fonte: http://slideplayer.com.br/slide/52621
Onde:
n1 = índice de refração no meio 1
n2 = índice de refração no meio 2
I = ângulo de incidência
r = ângulo de refração 
Se o índice de refração no meio 2 for maior que o índice de refração no meio 1, dizemos que r < sen(i) e r < i. Assim, quando a luz incide de um meio menos refringente para um meio mais refringente, temos a redução de sua velocidade e a aproximação do raio luminoso à reta normal. Logo há uma diminuição do ângulo formado pelo raio luminoso com a reta normal.
O índice de refração jamais será menor que 1, pois se considerarmos o próprio vácuo, a maior velocidade atingida em um meio é c. Para todos os outros materiais n é maior que 1.
Quando se trata de pequenos ângulos de incidência, ou seja, com imáx. = 5º, o seno do ângulo de incidência será equivalente ao seno do ângulo de refração.
sen(i) ≈ sen(r)
2.2 Reflexão
A reflexão acontece quando um feixe de luz, propagando-se em um dado meio, atinge uma superfície e retorna para o meio em que estava se propagando inicialmente.
Se visualizarmos um raio de luz incidindo sobre uma superfície, veremos que î é o ângulo incidente originado pelo raio incidente e a normal, e r é o ângulo de reflexão concebido pelo raio incidente e a normal. Isto nos leva a constatar que o ângulo de incidência é sempre igual ao ângulo de reflexão (î = r) e também que o raio refletido, o incidente e a normal à superfície encontram-se no mesmo plano.
Figura 2 - Diagrama dos ângulos de incidência e reflexão
Fonte:http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/reflexao-luz.htm
A Reflexão Regular ocorre quando o feixe de luz paralela toca uma área plana e polida e volta para o meio em que se espalhava inicialmente sem perder o paralelismo.
Caso a superfície não seja regular, o feixe de luz que incide paralelamente na superfície será refletido em todas as direções do espaço. É o que chamamos de Reflexão Difusa.
2.3 Propagação de incerteza
A propagação de incerteza é uma maneira de conferirmos a consistência dos dados obtidos de uma amostra ou medida, quando esta é submetida a diferentes operações matemáticas. Ela define como as incertezas ou erros das variáveis estão relacionadas e fornece a melhor estimativa para aquele conjunto de dados.
 (1)
Onde:
v = incerteza de v
v/v1 = variação de v em relação a v1
v/v2 = variação de v em relação a v2
v1 = incerteza de v1
v2 = incerteza de v2
2.4 Desvio padrão
O desvio padrão é utilizado para indicar a dispersão dos dados em uma amostra, envolvendo a média. Ao calcularmos o desvio padrão e a média de diferentes grupos em conjunto, adquirimos mais informações para avaliar e diferenciar seus comportamentos
 (2)
Onde:
2 = desvio padrão
yi = valor individual
y = media dos valores de n lente
n = número de valores
2.5 Erro experimental
Em todo experimento ocorre à variação, por isso utilizamos o Erro Experimental para medirmos a variação existente entre dados de unidades experimentais que foram adquiridas igualmente. 
A variação acontece porque há a variabilidade intrínseca ao material experimental ao qual os tratamentos serão aplicados. E também resulta de alguma falta de uniformidade na condução física do experimento.
 (3)
Onde:
 = erro experimental
nacrílico = valor teórico da lente de acrílico
n = valor experimental
2.6 Ângulo Limite
O cálculo do ângulo limite relaciona-se à segunda lei de Snell-Descartes e por meio deste cálculo conseguimos encontrar o seno do ângulo limite L por meio da relação de seno de L e seno de 90º. Destacando que seno de 90º = 1.
Com isso, sabemos que o seno do ângulo limite é também o quociente existente entre o índice de refração do meio menos refringente pelo mesmo índice do meio mais refringente.
No entanto quando o índice é maior do que L não ocorre à refração e todos os raios são refletidos, acontecendo o que chamamos de reflexão total interna.
 (4)
3 Procedimentos Experimentais
3.1 Materiais
· Disco Óptico
· Laser Line Box
· Semicírculo óptico
Figura 3 - Lente semicírculo óptico
Fonte: foto produzida pelos autores.
Nota: A foto retrata, além do experimento, grande parte da bancada.Figura 4 - Laser Line Box
Fonte: foto produzida pelos autores.
Nota: A foto retrata, além do experimento, grande parte da bancada.
Figura 5 - Disco Óptico
Fonte: foto produzida pelos autores.
Nota: A foto retrata, além do experimento, grande parte da bancada.
3.2 Procedimento
Parte 1: Verificação dos ângulos de reflexão e refração
No experimento realizado iniciou-se com a medição de reflexão e refração dos ângulos de 15,30,45 e 60° graus, repetindo o procedimento cinco vezes para cada valor, realizando três medidas girando o disco óptico no sentido horário e duas medidas girando o disco no sentido anti-horário.
O primeiro passo ao início do experimento foi alinhar o feixe do laser com a parte plana da lente semicircular, direcionando o feixe com o ângulo de 0° graus para uma medição mais precisa. Isso foi refeito entre cada mudança de graus, ainda era observado se a face plana da lente coincidia com a linha de 90° graus demarcados no disco óptico e sua face curvada em direção ao laser. Logo após a medição era refeita e os resultados anotados.
Parte 2: Verificação do ângulo limite pela exaustão
Observar o ângulo limite por cinco vezes, três no sentido horário e duas vezes no sentido anti-horário. Para confirmação do ângulo limite o processo efetuado foi o descrito na primeira etapa.
Em seguida, o disco foi redirecionando a uma medida preestabelecida até que o feixe do laser refratado não pudesse ser visto a cada medida tomou-se nota. Para cada nova medida o laser era novamente posicionado no zero para verificar se o feixe estava coincidente com a linha zero e também o semicírculo com a face plana coincidindo com o ângulo de 90° graus e a face curvada em direção ao laser.
4 Resultados e Discursões 
5 Conclusão
O experimento aqui apresentado e discutido, que revela o estudo da verificação dos ângulos de reflexão e refração, foi concluído com eficiência, apesar de não ter-se obtido o valor exato dos índice como o de ∆α previsto pela teoria, uma vez que se pode observar as leis da reflexão sendo aplicadas e, principalmente, ao analisar os resultados dos experimentos e comparando com os da literatura, foram obtidos valores próximos a literatura. Logo, com base nesta, pôde-se ter o correto entendimento de manipulação experimental do experimento, o que facilitaria a execução do experimento.
Referências
GONZAGA, Aline Cristyna Santos. A geometria da óptica geométrica e da óptica física. Universidade Católica de Brasília, 2005. 
NUSSENZVEING, Herch Moyses. Curso de Física Básica. Vol. 4, Editora Edgard Blücher, 1º ed., São Paulo, 1998.
RESNICK, R., HALLIDAY, D. Fundamentos de Física: óptica e física moderna, Vol. 4, LTC Editora, 8° Ed., Rio de janeiro, 2009.
SANTOS, Frederico Elias Passos. Roteiro de experimento para a verificação da primeira lei da óptica geométrica. BICT, UFMA, 2015.
TRAGTENBERG, Marcelo Henrique Romano. As belezas do arco-íris e seus segredos. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, v. 3, n. 1, p. 26-35, jan. 1986. ISSN 2175-7941. Disponível em: <https://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/7935/7301>. Acesso em: 20 abr. 2018. doi:https://doi.org/10.5007/%x.