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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL INSTITUTO DE FÍSICA – IF

LICENCIATURA EM FÍSICA – MODALIDADE A DISTÂNCIA

RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA SOBRE BANCO ÓPTICO

ALUNOS: JOELSON ALVES FERREIRA

Professora MS. Maria do Socorro Seixas Pereira

Maceió, MAIO 2011

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL INSTITUTO DE FÍSICA – IF

LICENCIATURA EM FÍSICA – MODALIDADE A DISTÂNCIA

RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA SOBRE BANCO ÓPTICO

Maceió, MAIO 2011

Relatório do

experimento acima citado

realizado no laboratório de

Física, sob orientação da

professora MS Maria do Socorro

Seixas Pereira, como requisito

para avaliação da disciplina

Física Experimental 4.

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SUMÁRIO Experimento I – Banco Óptico

Objetivo .............................................................................................................................................4 Material Utilizado .............................................................................................................................5 Introdução Teórica ............................................................................................................................6

1. Notas Históricas.....................................................................................................................6 2. Conceitos básicos para a compreensão do estudo da luz.......................................................6

2.1 Tipos de feixes luminosos................................................................................................7 2.2 Tipos de Fontes de luz.......... ..........................................................................................7 2.3 Princípios da Óptica Geométrica.....................................................................................7 2.4 Leis da Reflexão..............................................................................................................7 2.5 Leis da Refração..............................................................................................................8

3. Olho Humano.........................................................................................................................9 4. Espelhos Esféricos ...............................................................................................................10 4.1 Características das imagens nos espelhos esféricos .........................................................10 4.2 Espelhos Côncavos ............................................................................................................10 4.3 Espelhos Convexos ............................................................................................................11

Procedimentos Experimentais .........................................................................................................12 Resultados e Analises .....................................................................................................................16 Conclusão .......................................................................................................................................17

Referências Bibliográficas ..........................................................................................................................18

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OBJETIVO

Estudar espelhos e lentes, além de comprovar as leis de reflexão e refração.

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MATERIAL UTILIZADO

• Banco óptico. • Laser de He-Ne (632,8 nm). • Espelho plano e curvo. • Lentes: Biconvexa, bicôncava, plano-convexa (duas) e plano-côncava. • Esquema de olho humano.

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INTRODUÇÃO TEÓRICA

1. Notas Históricas: Pode-se dizer o estudo da luz e dos fenômenos luminosos, dessa forma, entendemos que o estudo

das várias fontes de luz que existem: solar, por lâmpadas, ou até mesmo por corpos iluminados fazem parte desse estudo, que se iniciou a partir da Corpuscular theory of light (Teoria Corpuscular da Luz), publicado por volta de 1670, por Isaac Newton [1] (1643-1727), que em seguida, publicou mais uma obra sobre os fenômenos luminosos: "Nova teoria sobre luz e cores" (1672), onde discutia de forma mais aprofundada a natureza física da luz. No entanto, só a partir do século XVII é que se discutiu com maior claridade que a natureza da onda era ondulatória, com Robert Hooke (1635-1703) e Christiaan Huygens (1629-1695), que foram grandes personagens na discussão da luz ser corpuscular, retilínea e suas propriedades.

(a) (b) (c)

(Figura 1: gravuras em tela dos principais personagens do estudo da luz, (a) Isaac Newton; (b) Robert Hooke; (c) Christiaan Huygens) [1]

Graças ao estudo de vários personagens que entraram para história no estudo da luz e suas

propriedades é que houve um grande avanço tecnológico no uso de lentes e espelhos, o que facilitou a vida de muitas pessoas, na correção de defeitos da visão, e no auxilio para determinar imagens com auxilio dos diversos tipos de espelhos côncavos e convexos. Com base nesse conhecimento, iniciou-se o processo de elaboração das leis de reflexão e refração que hoje conhecemos, e que fazem parte de estudos científicos por todo o mundo.

2. Conceitos básicos para a compreensão do estudo da luz:

LUZ – formada por feixes paralelos, é uma onda eletromagnética e sua velocidade no vácuo é de aproximadamente 3,0 x 108 m/s. Também podemos dizer que a luz é um agente físico que sensibiliza nossos órgãos visuais.

ÓPTICA GEOMÉTRICA – é a parte da física que estuda a luz e os fenômenos luminosos baseados em leis empíricas (experimentais), que são explicadas sem que haja a necessidade de se conhecer a natureza da luz.

ÓPTICA FÍSICA – estuda a compreensão da natureza física da luz e fenômenos como interferência, polarização, difração, dispersão entre outros.

RAIOS DE LUZ - São linhas que representam a direção e o sentido de propagação da luz. A idéia de raios de luz é puramente teórica, e tem como objetivo facilitar o estudo.

FEIXE DE LUZ - Um conjunto de raios de luz, que possui uma abertura relativamente pequena entre os raios.

FEIXE LUMINOSO - O conjunto de raios luminosos, cuja abertura entre os raios é relativamente grande.

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2.1. Tipos de Feixes Luminosos:

a. Cônico divergente: Os raios luminosos partem de um único ponto (P) e se espalham. b. Cônico convergente: Os raios luminosos se concentram em um único ponto. c. Cilíndrico: Os raios luminosos são todos paralelos entre si. Nesse caso a fonte de luz encontra-se

no infinito, e denomina-se fonte imprópria.

2.2. Tipos de Fontes de Luz:

As fontes de luz são corpos capazes de emitir luz, seja ela própria ou refletida. Fontes de luz podem ser classificadas em:

• Fontes de luz Primárias: São fontes de luz que emitem luz própria. Elas podem ser: Incandescentes: Quando emitem luz a altas temperaturas. Ex: O Sol, a chama de uma vela e as lâmpadas de filamento.

• Luminescentes: Quando emitem luz a baixas temperaturas. As fontes de luz primária luminescentes poder ser fluorescentes ou fosforescentes.

• Fluorescentes: emitem luz apenas enquanto durar a ação do agente excitador. Ex: Lâmpadas fluorescentes.

• Fosforescentes: Emite luz por certo tempo, mesmo após ter cessado a ação do excitador. Nessas Fontes de luz a energia radiante é proveniente de uma energia potencial química. Ex: Interruptores de lâmpadas e ponteiros luminosos de relógios.

• Fontes Secundárias: São aquelas que emitem apenas a luz recebida de outros corpos. Ex: Lua, cadeiras, roupas, etc.

2.3. Princípios da Óptica Geométrica

1º Princípio: Propagação Retilínea dos Raios de Luz: “Um raio de luz se propaga em linha reta em meios de propagação homogêneos. Em outras palavras: a luz se propaga em linha reta quando as características do meio não variam.”

2º Princípio: Reversibilidade na trajetória da luz. “A trajetória de um raio de luz continua a mesma quando seu sentido de propagação é invertido.”

3º Princípio: os raios de luz são interpenetráveis ou independentes: “quando dois feixes de luz se cruzam, cada um segue seu caminho sem ser afetado pelo outro”.

2.4. Leis da Reflexão:

Em física o fenômeno da reflexão consiste na mudança da direção de propagação da energia(desde que o ângulo de incidência não seja 0º). Consiste no retorno da energia incidente em direção à região de onde ela é oriunda, após entrar em contato com uma superfície refletora.

A energia pode tanto estar manifestada na forma de ondas como transmitida através de partículas. Por isso, a reflexão é um fenômeno que pode se dá por um caráter eletromagnético ou mecânico.

A reflexão difere da refração porque nesta segunda, ocorre alteração nas características do meio por onde passa a onda.

Dessa forma, podemos destacar que a reflexão pode ser explicada totalmente com base em apenas duas leis, de cunho geral.

Para enunciá-las, é preciso antes definir alguns conceitos. a. A normal é a semi-reta perpendicular a superfície refletora. b. Ângulo de incidência é o ângulo formado entre o feixe de luz que incide sobre o objeto e a normal. c. Ângulo de reflexão é o ângulo que a direção de um feixe de luz refletida faz com a normal.

Temos duas leis da reflexão expressas da seguinte maneira:• O raio incidente (ri), a reta normal

no mesmo plano. • O ângulo de incidência (θi)

(Figura

2.5. Leis da Refração:

Podemos dizer que a refração é o fenômeno que ocorre quando a luz incide sobre um meio diferente da qual está percorrendo, logicamente possuindo este meio um índice de refração diferente do anterior, o que possibilita que a velocidade da luz seja modificada, assim como a direção da mesma também pode haver mudança.

Para tanto podemos conceituar o índice de refração como sendo a razão adimensional da velocidade da luz no vácuo pela velocidade da luz no meio. Ou seja:

Onde: n > índice de refração do meio c > velocidade da luz no vácuo (aproximadamente 3,0 x 10v > velocidade da luz no meio.

As cores, por ordem crescente de freqüências, são: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo (anil) e violeta. A experiência mostra que, em cada meio material, a velocidade diminui com a freqüência, isto é, quanto "maior" a freqüência, "menor" a velocidade.

Portanto como , concluímos que o índice de refração aumenta com a frequência. Quanto

"maior" a frequência, "maior" o índice de refração. Também podemos definir o índice de refração relativo quando uma luz passa de um meio para outro, com índices de refração diferentes, assim, se n1 relação ao meio 2 será:

Dessa forma, podemos destacar as principais leis da refração:Consideremos dois meios transparentes

propaga inicialmente no meio A, dirigindoconsiga penetrar no meio B e que a luz tenha velocidades diferentes nos dois meios. Nesse caso, diremos que houve Refração. O raio que apresenta o feixe incidente é oo feixe refratado é o raio refratado

N

Temos duas leis da reflexão expressas da seguinte maneira: , a reta normal (N) e o raio refletido (rr) são co-planares, ou seja

θi) é igual ao ângulo de reflexão (θr) .

(Figura 2: Esquema de raios em um espelho plano)

Podemos dizer que a refração é o fenômeno que ocorre quando a luz incide sobre um meio diferente da qual está percorrendo, logicamente possuindo este meio um índice de refração diferente do

velocidade da luz seja modificada, assim como a direção da mesma

Para tanto podemos conceituar o índice de refração como sendo a razão adimensional da velocidade da luz no vácuo pela velocidade da luz no meio. Ou seja:

c > velocidade da luz no vácuo (aproximadamente 3,0 x 108 m/s)

s cores, por ordem crescente de freqüências, são: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo ência mostra que, em cada meio material, a velocidade diminui com a freqüência,

isto é, quanto "maior" a freqüência, "menor" a velocidade.

, concluímos que o índice de refração aumenta com a frequência. Quanto

frequência, "maior" o índice de refração. Também podemos definir o índice de refração relativo quando uma luz passa de um meio para

outro, com índices de refração diferentes, assim, se n1 ≠ n2, então, o índice de refração do meio 1 em

Dessa forma, podemos destacar as principais leis da refração: Consideremos dois meios transparentes A e B e um feixe estreito de luz monocromática, que se

, dirigindo-se para o meio B. Suponhamos, ainda, que uma parte da luz e que a luz tenha velocidades diferentes nos dois meios. Nesse caso, diremos

. O raio que apresenta o feixe incidente é o raio incidente ( (r).

rr

ri

θr

θi

Espelho plano

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planares, ou seja, estão

Podemos dizer que a refração é o fenômeno que ocorre quando a luz incide sobre um meio diferente da qual está percorrendo, logicamente possuindo este meio um índice de refração diferente do

velocidade da luz seja modificada, assim como a direção da mesma

Para tanto podemos conceituar o índice de refração como sendo a razão adimensional da

s cores, por ordem crescente de freqüências, são: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo ência mostra que, em cada meio material, a velocidade diminui com a freqüência,

, concluímos que o índice de refração aumenta com a frequência. Quanto

Também podemos definir o índice de refração relativo quando uma luz passa de um meio para ão, o índice de refração do meio 1 em

e um feixe estreito de luz monocromática, que se ainda, que uma parte da luz

e que a luz tenha velocidades diferentes nos dois meios. Nesse caso, diremos (i), e o raio que apresenta

A primeira lei da Refração

O raio incidente, o raio refratado e a normal, no ponto de incidência, estão contidos num mesmo plano.

A normal é uma reta perpendicular à superfície no ponto de incidência,de incidência entre o raio e a normal e A segunda lei da Refração

Os senos dos ângulos de incidência e da onda nos respectivos meios. Ou seja:

Dessa igualdade tiramos:

A Segunda Lei da Refração foi descoberta experimentalmente pelo holandêsRoyen Snell (1591-1626) e mais tarde deduzida porluz. Nos Estados Unidos, ela é chamada deno Brasil é costume chamá-la de Lei de Snell

Inicialmente a Segunda Lei foi apresentada na forma da eser aplicada na forma da equação I.

Observando a equação I, concluímos que, onde o ângulo for

será maior. Explicando melhor: se

senos, ; logo, para manter a menor ângulo θB ocorre no meio mais refringente,

Pelo princípio da reversibilidade, se a luz faz determinado percurso, ela pode fazer o percurso inverso. Assim, se ela faz o percurso XPY, ela pode fazer o percurso outro, teremos:

Quando a incidência for normal, não haverá desvio e teremos

portanto, forma da equação I:

3. O olho humano

O olho humano é um mecanismocomposto basicamente por umagrosseiramente comparando a uma máquina fotográfica

A córnea e a lente ocular formam uma lente composta cuja função é focar os estímulos luminosos. A íris (parte externa colorida) é fotossensível e comanda a abertura e fechamento damaneira que um obturador. O interior da íris e daluz refletida se espalhe pelo interior dos olhos.

O interior dos olhos e coberta pelada espessura de uma folha de papel. Neste ponto do processo da visão, o olho deixa de se assemelhar a

O raio incidente, o raio refratado e a normal, no ponto de incidência, estão contidos num

A normal é uma reta perpendicular à superfície no ponto de incidência, incidência entre o raio e a normal e θB, ângulo de refração entre o raio e a normal.

Os senos dos ângulos de incidência e refração são diretamente proporcionais às velocidades

I

II

A Segunda Lei da Refração foi descoberta experimentalmente pelo holandês1626) e mais tarde deduzida por René Descartes, a partir de sua teoria corpuscular da

luz. Nos Estados Unidos, ela é chamada de Lei de Snell e na França, de Lei de DescartesLei de Snell-Descartes.

Inicialmente a Segunda Lei foi apresentada na forma da equação II; no entanto, ela e mais fácil de

, concluímos que, onde o ângulo for menor

. Explicando melhor: se , o mesmo ocorre com seus

; logo, para manter a igualdade da equação I, ocorre no meio mais refringente, nB.

Pelo princípio da reversibilidade, se a luz faz determinado percurso, ela pode fazer o percurso inverso. Assim, se ela faz o percurso XPY, ela pode fazer o percurso YPX. Mas, tanto num caso como no

Quando a incidência for normal, não haverá desvio e teremos

, de modo que a Segunda Lei também é válida nesse caso, na

O olho humano é um mecanismo complexo desenvolvido para a percepção de luz e cor. É composto basicamente por uma lente e uma superfície fotossensível dentro de uma câmera,

máquina fotográfica. A córnea e a lente ocular formam uma lente composta cuja função é focar os estímulos luminosos.

(parte externa colorida) é fotossensível e comanda a abertura e fechamento damaneira que um obturador. O interior da íris e da coróide é coberto por um pigmento preto que evita que a luz refletida se espalhe pelo interior dos olhos.

O interior dos olhos e coberta pela retina, uma superfície não maior que uma moeda de um real e da espessura de uma folha de papel. Neste ponto do processo da visão, o olho deixa de se assemelhar a

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O raio incidente, o raio refratado e a normal, no ponto de incidência, estão contidos num

θA é denominado ângulo , ângulo de refração entre o raio e a normal.

são diretamente proporcionais às velocidades

A Segunda Lei da Refração foi descoberta experimentalmente pelo holandês Willebrord van , a partir de sua teoria corpuscular da

Lei de Descartes; em Portugal e

; no entanto, ela e mais fácil de

menor, o índice de refração

, o mesmo ocorre com seus

. Ou seja, o

Pelo princípio da reversibilidade, se a luz faz determinado percurso, ela pode fazer o percurso YPX. Mas, tanto num caso como no

, e,

, de modo que a Segunda Lei também é válida nesse caso, na

complexo desenvolvido para a percepção de luz e cor. É e uma superfície fotossensível dentro de uma câmera,

A córnea e a lente ocular formam uma lente composta cuja função é focar os estímulos luminosos. (parte externa colorida) é fotossensível e comanda a abertura e fechamento da pupila da mesma

é coberto por um pigmento preto que evita que a

, uma superfície não maior que uma moeda de um real e da espessura de uma folha de papel. Neste ponto do processo da visão, o olho deixa de se assemelhar a

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uma máquina fotográfica e passa a agir mais como um scanner. A retina é composta por milhões de células altamente especializadas que captam e processam informação visual a ser interpretada pelo cérebro. A fóvea, no centro visual do olho, é rica em cones, um dos dois tipos de células fotorreceptoras. O outro tipo, o bastonete, se espalha pelo resto da retina. Os cones, segundo a teoria tricromática (teoria de Young-Helmholtz), são responsáveis pela captação da informação luminosa vinda da luz do dia, das cores e do contraste. Os bastonetes são adaptados à luz noturna e à penumbra.

As cores percebidas pelo olho humano dividem-se em três tipos e respondem preferencialmente a comprimentos de ondas diferentes. Temos cones sensíveis aos azuis e violetas, aos verdes e amarelos, e aos vermelhos e laranjas. Aos primeiros se dá o nome de B(blue/azul), aos segundos G (green/verde) e aos últimos R (red/vermelho).

(Figura 3: esquema e nomenclatura de um olho humano) [9]

Os cones são distribuídos de forma desequilibrada sobre a retina. 94% são do tipo R e G, enquanto apenas 6% são do tipo B. Esta aparente distorção é de fato uma adaptação evolutiva. A presença de um terceiro cone é uma característica dos primatas. Os demais mamíferos contam com apenas dois cones. O terceiro cone que desenvolvemos, além de dar mais informação sobre cores, traz fundamentalmente uma melhoria na percepção de contrastes. Isto proporcionou aos primatas uma vantagem na competição por alimentos e na vida nas copas das árvores.

4. Espelhos Esféricos

Espelho esférico é constituído de uma superfície lisa e polido 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 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-se 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 de reflexão.

4.1 Características das imagens nos espelhos esféricos

As características das imagens nos espelhos esféricos mudam de acordo com quando mudamos a

posição do objeto na frente do espelho.

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Temos dois tipos de imagem, virtual e real: • Imagem virtual: é vista no ponto de encontro dos prolongamentos dos raios refletidos • 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:

4.2 Espelhos Côncavos i - Objeto localizado antes do centro de curvatura(C): A imagem é real, está posicionada entre o centro de curvatura(C) e o foco(F), é invertida e o seu tamanho é menor que o objeto. ii - Objeto localizado sobre o centro de curvatura (C): A imagem é real, está posicionada sobre o centro de curvatura(C), é invertida e tem o mesmo do objeto. iii - Objeto localizado entre o centro de curvatura (C) e o foco (F): A imagem é real, está posicionada antes do centro de curvatura(C), é invertida e o seu tamanho é maior que o objeto. iiii - Objeto localizado sobre o foco(F): A imagem é imprópria, pois os raios de luz saem paralelos. iiiii - Objeto localizado entre o foco(F) e o vértice(V): A imagem é virtual, está posicionada atrás do espelho ou depois do vértice(V), 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.

4.3 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.

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PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

Parte I – Espelhos planos e curvos

Inicialmente posiciona-se o espelho no centro do banco óptico, mais necessariamente no centro do transferidor escrito na mesa de banco óptico, de maneira que fica ortogonal a régua milimétrica da mesma mesa. Em seguida, devemos mover o laser, de maneira que o raio incidente no centro do espelho obtenha os ângulos de incidência de 20º, 45º e 90º com a régua milimétrica, de tal maneira que esta passa a “funcionar” como reta normal do espelho em questão, conforme mostra a figura abaixo, cujos resultados podem ser vistos na tabela.

(Figura 4: esquema de um raio incidindo em um espelho plano)

Parte II – Espelho curvo côncavo

Para este momento do experimento, posicionamos o espelho côncavo no centro do banco óptico, ou seja, no centro do transferidor, então, devemos ligar os dois lazeres, de maneira que os feixes de luz incidam paralelamente ao eixo normal do espelho. Pela lei dos espelhos curvos, todos os raios que incidem paralelamente ao eixo da normal do espelho, refletem sobre o foco do mesmo, como temos dois raios paralelos e simétricos em relação ao eixo da normal, eles se cruzam no foco do espelho o que determina a posição do mesmo sobre a régua milimétrica, conforme mostra a figura abaixo.

(Figura 5: Esquema de dois raios paralelos incidindo sobre um espelho côncavo)

Como o foco já foi determinado, partimos então para outro momento do experimento, posicionamos o feixe de luz em um local do banco óptico, de maneira que o mesmo incida sobre o foco determinado anteriormente, o que comprovará que todo raio incidente sobre o foco de um espelho côncavo, refletirá paralelamente à normal do mesmo, conforme figura abaixo:

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(Figura 6: esquema de um feixe de luz incidinto sobre o foco de um espelho côncavo)

Ainda com o espelho na mesma posição sobre o banco óptico, posiciona-se o feixe de luz, de maneira que o raio incida sobre o centro de curvatura do espelho, o que comprovará que todo raio incidente no centro do espelho, refletirá com o mesmo ângulo de incidência no lado simétrico a normal do espelho, conforme a figura abaixo:

(Figura 7: esquema de um feixe de luz incidindo sobre o centro de curvatura de um espelho côncavo)

Parte III – Espelho curvo convexo

Substituímos, agora, o espelho côncavo por um convexo, e posicionamos o feixe de luz de maneira que os dois raios de luz incidam paralelamente à normal do espelho.

(Figura 8: esquema de um feixe de luz incidindo paralelamente sobre um espelho convexo)

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Semelhantemente a parte II, fazemos com que os raios incidam sobre o foco do espelho (que é

encontrado prolongando-se os raios refletidos até se intersectarem por ‘trás’ do espelho convexo), depois disso, fazemos com que os raios incidam sobre o foco do espelho e depois sobre o centro de curvatura do mesmo. Parte IV – Lente Biconvexa

Como sabemos as lentes biconvexas são formadas por duas lentes convexas, nesse caso utilizamos uma lente de acrílico, sendo assim o procedimento experimental é semelhante, dessa forma, devemos fazer incidir os raios paralelamente ao eixo normal para determinarmos o foco da lente, em seguida, incidir sobre o foco, e depois pelo centro da curvatura do mesmo, conforme mostra a figura. Porém, diferentemente dos espelhos, a lente irá refratar os raios nela inseridos, projetando um foco ‘depois’ da lente.

(Figura 9: esquema de dois feixes de luz incidindo sobre uma lente biconvexa)

Depois de medir o foco da lente, na régua milimétrica, podemos mudar o tipo de lente para uma

plano-convexa, e observar que os raios irão se “divergir”, e neste momento, para determinarmos o foco, devemos prolongar os raios para a parte oposta da lente, ou seja, na área virtual da mesma, conforme figura abaixo:

(Figura 10: esquema de dois feixes de luz incidindo sobre uma lente plano-concava) Parte V – Estudo da lei da refração

Para essa parte do experimento, podemos utilizar uma lente plano-concâvo de acrílico, de maneira que ao incidir um raio sobre o lado côncavo da lente, o mesmo irá refratar do outro lado (lado plano), como o raio passa de um meio acrílico para um meio diferente, o ar, então, o raio é refratado com um ângulo diferente da incidência, conforme mostra a figura abaixo:

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(Figura 11: esquema de um feixe de luz incidindo sobre uma lente de acrílico, refratando no ar)

Parte VI – Olho Humano

Inicialmente colocamos o papel que representa a geometria do olho humano, posicionamos as lentes plano-côncava, plano-convexa e biconvexa entre a os feixes de luz e a retina, para isso podemos utilizar inclusive os óculos dos alunos que estavam presentes e que sofriam de alguma irregularidade da visão. A lente biconvexa irá funcionar como o cristalino natural do olho humano, enquanto que as demais lentes devem ser colocadas entre os raios e a lente biconvexa, de maneira a corrigir o foco dos raios paralelos que incidem sobre as duas lentes, conforme mostra a figura abaixo.

(Figura 12: esquema da visão humana sendo corrigida por uma lente esférica)

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RESULTADOS E ANÁLISES

De posse dos dados obtidos a partir da medição feita com a experiência da parte I com os espelhos planos, podemos construir a tabela para os ângulos de reflexão dos raios incidentes nos espelhos para os ângulos abaixo:

Incidência Reflexão 20º 20º 45º 45º 90º 90º

(Tabela 1: dados coletados quando se incide raios sobre um espelho plano)

O que comprova que, em um espelho plano, todo raio que incide em um determinado ângulo θ qualquer menor ou igual a 90º, reflete-se no mesmo plano, e com um ângulo de reflexão igual ao que foi incidente.

No momento substituímos o espelho plano por um côncavo, percebeu-se que os raios que são ligados paralelamente ao eixo da normal, com ajuda da régua no banco óptico, obtêm o resultado da distância focal de 2,6cm.

Da mesma forma, percebe-se que todos os raios incidentes sobre o foco, na distância focal de 2,6cm aproximadamente, reflete-se paralelamente ao eixo da normal do espelho, enquanto que todo raio incidente sobre o vértice do espelho, reflete-se com o mesmo ângulo do raio de incidência.

Por outro lado, quando utilizamos lentes biconvexas, os raios incidentes paralelos ao eixo da normal da lente, refratam e sua intersecção forma o foco da lente, que por sua vez são reais, que no experimento realizado mediu 10,4cm.

Para o caso da lente plano-côncavo, o foco medido ficou do mesmo plano dos raios incidentes, ou seja, formaram imagens virtuais, devido ao prolongamento dos mesmos.

Para tanto no estudo da lei da refração, podemos obtivemos os resultados que constam na tabela abaixo, para os ângulos em questão:

θ1 θ2 n1.senθ1 n2.senθ2 20º 30º 45º

(Tabela 2: dados coletados quando se incide um raio sobre uma lente plano-convexa)

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CONCLUSÃO

Como foi visto nos experimentos anteriores, tanto com espelhos planos e com espelhos curvos, podemos comprovar as teorias de raios incidentes sobre os espelhos, nos quais a prática foi válida, uma vez que foi importante a visualização dos raios refletidos nos espelhos curvos, quando estes incidiam paralelamente ao eixo da normal do espelho, incidiam no foco do espelho, e no centro de curvatura do mesmo. Dessa forma, comprovou-se que em um espelho plano o ângulo de reflexão é o mesmo da incidência. Enquanto que num espelho curvo (côncavo ou convexo), quando um raio incide paralelamente ao eixo da normal, o mesmo é refletido sobre o foco do mesmo, e quando um raio incide sobre o centro de curvatura do mesmo, reflete simetricamente no mesmo plano, com a mesma medida do ângulo de incidência.

No entanto, quando tratou-se de lentes biconvexas, pode-se comprovar que quando os raios incidem paralelamente, refratam sobre o foco das lentes, e a imagem é chamada de real, uma vez que se formam do outro lado da lente. Enquanto que na lente plano-côncava a imagem é formada no mesmo plano em que os raios são incidentes, o que torna a imagem virtual.

E, por último, podemos comprovar a lei de Snell-Descartes, quando o produto de um ângulo de incidência θ1 e o seno desse ângulo é igual ao produto do ângulo de reflexão θ2 e o seno deste ângulo.

Dessa forma, o estudo de óptica é tão necessário para a raça humana quanto interessante, uma vez que ajuda em várias áreas do conhecimento, seja biológica, com a correção dos defeitos da visão, miopia, hipermetropia entre outros, ou até mesmo na área científica, quando se aprofunda no uso de lentes para ampliar imagens que até então não eram visualizadas a olho nu, com a criação de dispositivos que melhoram a visão, como é o caso do microscópio.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] - http://pt.wikipedia.org/wiki/Luz#Teoria_corpuscular_da_luz (acesso em 11/05/2011) [2] - http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u18.jhtm (acesso em 11/05/2011) [3] http://www.ead.ufal.br/file.php/1329/Roteiro_Banco_optico.pdf (acesso em 11/05/2011) [4] http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u18.jhtm (acesso em 11/05/2011)

[5] http://educar.sc.usp.br/otica/luz.htm (acesso em 11/05/2011)

[6] – David Halliday, Robert Resnick e Jearl Walker. Fundamentos de Física. Volume 4. 4ª Edição. Editora de Livros Técnicos e Científicos (LTC). [7] – Raymond A. Serway e John W. Jewett Jr. Princípios de Física. Volume 4 – Óptica e Física Moderna. 3ª Edição. Editora Thomson. [8] – Sears & Zemansky. Física IV – Óptica e Física Moderna. 12ª Edição. Editora Pearson – Addison Wesley. [9]

http://3.bp.blogspot.com/_GDnhv3qCVE0/Sw0BDuF9V6I/AAAAAAAAAAU/nHoPX3MChus/s1600/olho%5B1%5D.j

pg (acesso em 12/05/2011)