Universidade Estácio de Sá
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
RELATÓRIO
Física Teórica Experimental II (CCE0847)
Experiência de da lei de Sneel
Professor: Erica Carvalho
ALUNOS: Ozinilda do Socorro Vieira Nacif RA: 201501247191
Data da pratica: 04/03/2016.Data de entrega: 11/03/2016.
São Paulo2016
Introdução
Demonstrar o comportamento da luz em um espelho plano e em lentes convergentes e
divergentes
Refração da Luz
Refração é a passagem da luz de um meio para outro.
Desde o século 19 já se sabia que a luz é uma forma de onda que se propaga com alta
velocidade, mas essa velocidade depende do meio por onde a luz está se propagando.
No ar, a velocidade da luz é quase 300.000 quilômetros por segundo. No interior de
um vidro transparente ela se reduz a uns "meros" 200.000 km/s. É essa mudança de
velocidade que faz o feixe de luz se desviar ao passar do ar para o vidro.
Observamos que, quando um raio de luz incidente for oblíquo, a refração é
acompanhada de desvio de direção, o que não acontece se a incidência do raio for
perpendicular.
Coloque um lápis, perpendicularmente, dentro de um copo de água. Você observará
olhando pela lateral do copo, que o lápis continuará na vertical dentro da água.
Colocando o lápis com uma inclinação dentro da água, você observará pela lateral do
copo que parece que o lápis está quebrado.
Lápis colocado inclinado na água
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Reflex%C3%A3o_total
Um feixe de luz, incidindo obliquamente, muda de direção quando passa de um meio
transparente para outro transparente que apresenta velocidade da luz diferente do
primeiro meio.
Procedimento
Fonte: https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_pt_BR.html
Quando a luz passa de um meio para outro, ocorre a refração além da reflexão.
O fenômeno da refração é regido pela Lei Snell-Descartes.
A lei da refração recebeu o nome dos dois cientistas, Snell e Descartes, porque apesar
de terem trabalhado independentemente, chegaram à mesma lei.·.
Lei Snell-Descartes
A lei de Snell - Relaciona os ângulos de incidência e refração com os índices de
refração.
A razão entre o seno do ângulo de incidência (θ1) e o seno do ângulo de refração (θ2)
é constante e esta constante é igual ao índice de refração relativo n21, para um dado
comprimento de onda.
sen 1 / sen 2 = n21 = n2 / n1 onde:
1 ângulo de incidência (ângulo que o raio incidente faz com a normal, N)
2 ângulo de refração (ângulo que o raio refratado faz com a normal, N)
n21 índice de refração relativo
n2 índice de refração do meio 2
n1 índice de refração do meio 1
Fonte: https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_pt_BR.html
Refringência do meio
Quando o meio 2 for mais refringente que o meio 1, ou seja, quando o índice de
refração do meio 2, n2, for maior que o índice de refração do meio 1, n1, vamos ver o
que acontece com o raio refratado.
Pela Lei de Snell Descartes, temos que:
sen 1 / sen 2 = n2 / n1
Como n2 > n1 n2 / n1 > 1
Substituindo na Lei de Snell Descartes, obtemos:
sen 1 / sen 2 > 1 sen 1 > sen 2
Como 0 < 90o e a função seno é crescente no primeiro quadrante, temos:
1 > 2 ou 2 < 1
Conclusão: Quando o meio 2 for mais refringente que o meio 1 (n2 > n1), o raio
refratado se aproxima mais da normal no meio 2, ou seja, 2 < 1 .
O raio refratado se aproxima mais da normal no meio mais refringente.
Raio incidindo na direção normal
Quando o raio incidir na direção da normal, ou seja, o ângulo de 1 = 0º.
Pela Lei de Snell Descartes, obtemos:
sen 1 / sen 2 = n21
Sendo 1 = 0o sen 1 = 0
Substituindo na lei de Snell Descartes, obtemos:
0 = n21 sen 2
Como n21 é diferente de 0 sen 2 = 0
Para o primeiro quadrante temos que:
2 = 0
Conclusão: Quando o ângulo de incidência for nulo, o ângulo de refração também será
nulo, não ocorrendo desvio do raio luminoso.
Fonte: https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_pt_BR.html
Raio incidindo na direção da normal.
Ângulo Limite
Quando o ângulo de incidência (ou de refração) for igual a 90o, o ângulo de refração
(ou de incidência) será igual ao ângulo limite (L).
Fonte: https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_pt_BR.html
Fonte: https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_pt_BR.html
1) O ângulo limite (L) sendo um ângulo de incidência
2) O ângulo limite (L) sendo um ângulo de refração.
Pela Lei de Snell Descartes, temos:
sen 1 / sen 2 = n21
1 = 90o sen 1 = 1 e 2 = L
Substituindo:
1 / sen L = n21 sen L = 1 / n21 = n12 = n1 / n2
Conclusão: O ângulo limite (L) é o maior ângulo (de incidência ou refração) para que
ocorra o fenômeno da refração e corresponde a um ângulo (de incidência ou de
refração) igual a 90º. (O ângulo limite (L) ocorre sempre no meio mais refringente).
Reflexão Total
Quando o ângulo de incidência ou de refração for maior que o ângulo limite (L), o raio
sofre uma reflexão total.
Reflexão total de um raio que incide com um ângulo maior que o ângulo limite (L).
Óticos Geométricos
Se tivermos a distância focal e posição do objeto é possível determinar, analiticamente, a posição da imagem. Através da equação de Gauss, que é expressa por:
O 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.
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.
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:
Espelhos Côncavos
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.
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.
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.
Objeto localizado sobre o foco (F): A imagem é imprópria, pois os raios de luz saem
paralelos.
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.
Espelhos ConvexosA 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.
Nesta experiência foram usados somente três raios notáveis para determinar as
características da imagem:
O raio que incide paralelamente ao eixo principal é refletido passando pelo foco(F)
como mostra a simulação (a)
Simulação (a)
O primeiro raio que sai da imagem vai paralelo ao eixo principal e passa pelo foco o
segundo raio passa pelo centro da esfera e o eixo principal já o terceiro raio sai da
imagem e passa pelo ponto (f) quando verificamos o prolongamento dos três raio
pode-se ver o ponto de incidência dos três raio onde se formou a imagem invertida
conhecida como imagem real como mostra a Simulação (b).
Simulação (b)
Foi feito outra simulação só que agora se percebeu que ao aproximar o objeto do
espelho notou-se neste momento que formou uma imagem atrás do objeto onde este
não refletia invertido conhecida como imagem virtual simulação (c).
Simulação (c)
Ao mudar na simulação o raio de curvatura que antes era 0,8 e o índice de refração
que antes era 1,53 pude perceber que houve uma alteração na imagem que antes
havia se formado antes do foco (f), ou seja, a imagem formada do objeto se aproximou
do objeto e a frente do ponto (f) como mostra a simulação (d)
Simulação (d)
Conclusão
pode constatar na prática das simulações os diversos fenômenos da ótica geométrica, inclusive
comparando elementos e informações da teoria com efeitos práticos observados nas
experiências. Concluímos que a luz ao passar de um meio a outro sofre diversas mudanças,
dentre elas a sua direção e o seu ângulo. Ao realizarmos um experimento percebemos que
após certo ângulo o raio de luz não podia mais ser visto e a teoria nos informa claramente que
esse fenômeno se dá devido ao ângulo de reflexão exceder o ângulo limite. Dentre esses e
outros fenômenos essa prática pode nos fornecer uma dimensão ampla das leis da ótica
geométrica.
Bibliografia
https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_pt_BR.html
Acesso em: 04/02/2016.
https://phet.colorado.edu/sims/geometric-optics/geometric-optics_pt_BR.html .
Acesso em: 04/03/2016.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Reflex%C3%A3o_total
Acesso em: 05/06/2016.
http://www.infoescola.com/optica/espelhos-esfericos/.
Acesso em: 05/06/2016.