Introdução
O presente trabalho enfoca exactamente os resultados obtidos a partir dos experimentos feitos no laboratório de Física, no âmbito da cadeira ligada à área de óptica.Este relatório tem como objectivo de determinaçao das leis da óptica geométrica, com base nas leis da reflexão e refracção, que consistia na medição dos ângulos de incidência, reflectidos e refractados, bem como na determinação do índice de refracção da lâmina, desvio do raio incidente, ângulo de inclinação dos raios do prisma e o índice de refracção do prisma triangular.
Para a concretização dos objectivos, foi necessário, um conhecimento prévio daquilo que são as leis da óptica que foram adquirido ao longo das aulas práticas na sala de aula certamente tem conceitos de acordo com a cadeira e da rica experiencia lectiva do estudante, tal o fiz de modo a garantir a ligação entre os conceitos físicos adquirido ao longo das aulas práticas. Ao longo de cada capítulo é usada uma linguagem rigorosa do ponto de vista físico, mas acessível de modo a facilitar a compreensão dos conteúdos e tornar agradável a leitura.
Estou convicto que o relatório de longe possa ser considerado elaborado com o apoio de fontes bibliográficas, portanto são bem-vindas todas as propostas conducentes a melhoria deste.Leis da reflexão e refracção nos meios ópticos
1.Objectivos
1.Objectivos
1. 2. Objectivo Geral:
1-Determinaçao das leis da óptica geomética
1.3.Objectivo Específicos:
Determinar das leis da reflexão e refracção
Medir os ângulos de incidência, refletidos e refratados
Determinar os ângulos ∝, 𝛽 e 𝛾
Determinar do índice de refracção da lâmina, desvio ``a´´ do raio incidente
Determinar o ângulo de inclinação dos raios do prisma;
Determinar o índice de refracção do prisma
2.Fundamentacao teórica.
Na fronteira entre dois meios a direcção de propagação da luz altera-se. Parte da energia regressa do meio inicial, ou seja, da-se o fenomino da reflexão.
MIAKIACHEV (1983:172), se o segundo meio for transparente ou menos refrigerante parte da (energia) luz, em determinadas condições, pode atravessar a fronteira do meio, alterando em regra, a diracçao de propagação.
Em consequemcia das refracções, observa-se mudanças aparentes das dimençcoes, das formas e das disposições dos objctos.
O raio que se propaga no meio inicial que atinge a fronteira é chamado de raio incidente, ele forma com a perpendicular a frenteira no ponto de incidência o raio que atravessa o segundo meio é chamado de raio refratado, e o angulo que se forma entre este angulo e a normal diz-se ângulo de refracção.
A posiça dos raios incidentes, refratados não são difíceis de determinar, basta tornar visível um feixe luminoso estreito.
A lei da refracção foi verificada experimentalmente no século VII e formula-se da seguinte maneira: O raio incidente raio refractado e a normal a fronteira entre os dois meios no ponto de incidência, encontram-se no mesmo plano, para dois dados meios a razão entre o seno do angulo de incidência e o seno do angulo de refracção é uma grandeza constante.
(1)
Sem dúvida, algo de semelhante se pode dizer sobre qualquer lei da natureza, determinação experimentalmente. O valor que intervem na lei da refraçcao da luz, diz se índice de refraçcao relativo ao índice de refraçcao do segundo meio em refraçcao ao primeiro meio.
Raio de luz
Um raio de luz, é a representação da trajectória de luz num determinado meio ou espaço, a sua representaç`ao indica donde sai (fonte) e onde vai (propagação). O conceito de raio de luz foi introduzido pela primeira vez na natureza, por Alhazen. Propagando-se em meio homogénio, a luz percorre sempre trajecórias rectilíneas, somente em meios não homogénios é que a luz propaga-se ou descreve trajectórias curvilíneas.
A lei da reflexão da luz
Num meio uniforme o raio da luz é rectilíneo até atingir a fronteira deste meio com outro. Na fronteira entre dois meios o raio muda de dieecçao. Parte da luz (e na alguns casos a totalidade) regressa ao meio de partida. A este fenomino da-se o nome de reflexão da luz. Ao mesmo tempo parte da luz passa para o segundo meio, mudando neste caso a direçcao de propagação refrata-se.
A lei de reflexão define a posição recíproca do raio incidente, do raio refletido e da perpendicular com a superfície, levantada no ponto de incidência.
Quando as ondas se refletem o angulo de incidência é igual ao angulo de reflexão. Esta lei é valida para todas as ondas da natureza e formula-se assim:
O raio incidente, o raio refletorio e a perpendicular à fronteira entre dois meios, no ponto de incidência do raio, encontra-se no mesmo plano, o ângulo de reflexão é igual ao angulo de incidência.
Leis de refracção da luz
Na fronteira entre dois meios a direcção de propagacçao da luz altera-se. Parte da energia luminosa regressa ao meio inicial, ou seja, da-se a refrecçao da luz. Se o segundo meio for transparente parte da luz, em determinadas condições, pode atravessar a fronteira do meio, alterando-se em regra a direcção de propagação. Este fenomino designa-se refrecçao da luz
Em consequência da refracção observou-se mudanças aparentes das dimençoes das formas e da disposição dos objectos. Este fenomino deve-se àmudança de direcção dos raios nas fronteiras de dois meios. O raio que se propaga no meio inicial e que atinge a fronteira chama-se raio incidente. Ele forma-se com a perpendicular à fronteira no ponto de incidência um ângulo denominado ângulo de incidência. O raio que atravessa o segundo meio designa-se raio refratado. O angulo que se forma entre este raio e a mesma perpendicular denomina-se de ângulo de refracção.
A posição relativa dos raios incidentes, refletidos e refratados, não é difícil de determinar. Basta tornar visível num feixe luminoso estreito.
Verifica-se que o aumento do angulo de incidência aumenta o angulo de refracção. No entanto, estas grandezas não são directamente proporcionais.
A lei da refrecçao foi experimentalmente verifica-se experimentalmente no século VII e formula-se da segunte maneira: o raio incidente, raio refractado e a normal a fronteira entre os dois meios no ponto de incidência, encontram-se no mesmo plano, para dois dados meios a razão entre o seno do angulo de incidência e o seno do angulo de refracção é uma grandeza constante.
Se o angulo ∝ for o angulo de incidência, 𝛽 o angulo de refracção, então:
(2)
Índice de refracção
O valor constante que intervem na lei da refracção da luz chama-se índice de refracção relativa ou indicce de refracção do segundo meio em relacçao ao primeiro.
O índice de refracção de um meio em relacçao ao vácuo chama-se índice de refracção absoluto deste raio. Ele é igual a relacçao entre o seno do angulo de incidência e o seno do angulo de refracção, quando o raio luminoso passa do vácuo para este meio. O índice de refracçaon relativo n1 depende dos índices absolutos n2, do segundo meio e n1 do primeiro meio segundo a expressão matemática:
O índice absoluto de refracção de um meio tem um significado físico muito profundo. Relaciona-se com a velocidade de propagação da luz num dado meio e depende do estado físico deste meio onde se propaga a luz, ou seja, da temperatura da substancia, da densidade, da existência nela as tensões eléctricas.Num meio uniforme o raio da luz é rectilíneo até atingir a fronteira deste meio com outro. Na fronteira entre dois meios o raio muda de dieecçao. Parte da luz (e na alguns casos a totalidade) regressa ao meio de partida. A este fenomino da-se o nome de reflexão da luz. Ao mesmo tempo parte da luz passa para o segundo meio, mudando neste caso a direçcao de propagação refrata-se.
A lei de reflexão define a posição recíproca do raio incidente, do raio refletido e da perpendicular com a superfície, levantada no ponto de incidência.
Quando as ondas se refletem o angulo de incidência é igual ao angulo de reflexão. Esta lei é valida para todas as ondas da natureza e formula-se assim:
O raio incidente, o raio refletorio e a perpendicular à fronteira entre dois meios, no ponto de incidência do raio, encontra-se no mesmo plano, o ângulo de reflexão é igual ao angulo de incidência.
Leis de refracção da luz
Na fronteira entre dois meios a direcção de propagacçao da luz altera-se. Parte da energia luminosa regressa ao meio inicial, ou seja, da-se a refrecçao da luz. Se o segundo meio for transparente parte da luz, em determinadas condições, pode atravessar a fronteira do meio, alterando-se em regra a direcção de propagação. Este fenomino designa-se refrecçao da luz
Em consequência da refracção observou-se mudanças aparentes das dimençoes das formas e da disposição dos objectos. Este fenomino deve-se àmudança de direcção dos raios nas fronteiras de dois meios. O raio que se propaga no meio inicial e que atinge a fronteira chama-se raio incidente. Ele forma-se com a perpendicular à fronteira no ponto de incidência um ângulo denominado ângulo de incidência. O raio que atravessa o segundo meio designa-se raio refratado. O angulo que se forma entre este raio e a mesma perpendicular denomina-se de ângulo de refracção.
A posição relativa dos raios incidentes, refletidos e refratados, não é difícil de determinar. Basta tornar visível num feixe luminoso estreito.
Verifica-se que o aumento do angulo de incidência aumenta o angulo de refracção. No entanto, estas grandezas não são directamente proporcionais.
A lei da refrecçao foi experimentalmente verifica-se experimentalmente no século VII e formula-se da segunte maneira: o raio incidente, raio refractado e a normal a fronteira entre os dois meios no ponto de incidência, encontram-se no mesmo plano, para dois dados meios a razão entre o seno do angulo de incidência e o seno do angulo de refracção é uma grandeza constante.
Se o angulo ∝ for o angulo de incidência, 𝛽 o angulo de refracção, então:
(2)
Índice de refracção
O valor constante que intervem na lei da refracção da luz chama-se índice de refracção relativa ou indicce de refracção do segundo meio em relacçao ao primeiro.
O índice de refracção de um meio em relacçao ao vácuo chama-se índice de refracção absoluto deste raio. Ele é igual a relacçao entre o seno do angulo de incidência e o seno do angulo de refracção, quando o raio luminoso passa do vácuo para este meio. O índice de refracçaon relativo n1 depende dos índices absolutos n2, do segundo meio e n1 do primeiro meio segundo a expressão matemática:
O índice de refracção depende também das características da própria luz. Para a luz vermelha é menor do que para verde, para verde é menor, do que para violeta.
A refraccção modifica a velocidade da luz, mesmo que a direção permaneça a mesma.
O indice de relação a velocidade da luz no vácuo (c) e avelocidade em um determinado meio. Em meios de indice de refração mais baixos, proximos a um, a luz tem velocidade maior. Ou seja, proxima da velocidade da luz no vácuo. A relação pode ser escrita pela expressão matemática.
n= C/v, onde: C=3.108 m/s.
O trajecto dos raios num prisma triangular
Um prisma é uma peça prismatica de três faces construida com algum material transparente, como vidro, cristal, acrilico e outros. O ângulo do prisma é o ângulo entre as faces onde incidem os raios luminosos. A linha segundo a qual as superficies se interceptam chama-se aresta do prisma, as faces do diedro formado chamam-se faces do prisma do ângulo do diedro
Nos aparelhos ópticos utiliza-se frequentemente o prisma triangular que é feito de vidro ou de outro material transparente. O prisma utiliza-se nos aparelhos para a verificação da decomposição cromática da luz. É usado também nos binoclos, periscopios e muitos outros aparelhos.
3.Material necessário:
Fonte de tensão a 12V
Lanterna eléctrica,
Papel A4,
Transferidor,
Prisma triangular,
Prisma (trapézio),
Espelho plano,
Régua de 30cm.
4.Procedimento experimental:
Com o material fornecido pelo laboratório, fiz as devidas ligações e comecei a trabalhar, no âmbito de tornar provavel o resultado.
4.1. Para as leis da reflexão
Liguei a fonte de tensão a 12V e uma lanterna,
Fiz incidir a lanter sobre o papel branco;
Coloquei na direção de propagação da lanterna, um espelho plano;
Fiz incidir os raios luminosos no espelho plano em diversos ângulos;
Com o transferiodor, medi os ângulos dos raios incidentes e reflectidos;
Preenchi a tabela a baixo.
- Ângulo de incidênciaÂngulo de reflexão300300450450570570600600
4.2. Para leis de refracção
4.2.1. Refracção numa lâmina de faces paralelas.
Liguei a fonte de tensão a 12V e uma lanterna;
Fiz incidir a lanter sobre o papel branco;
Coloquei na direção de propagação da lanterna, um prisma (trapézio) vidro transparente;
Fiz incidir os raios luminosos no trapézio em diversos ângulos;
Com o transferiodor, medi os ângulos dos raios incidentes e refractados;
Com ajuda de uma régua tracei a projecção do raio de luz no papel A4.
Preenchi as tabelas a baixo.
1-Determinei os ângulos ∝, 𝛽 e 𝛾
2-Determinei o indice de refracção da lâmina, usando a seguinte fórmula.
3- Determinei o desvio “Δ” do raio incidente.
- Medição∝����145˚30˚47˚230˚15˚32˚
Comparação dos resultados:
∝ 1= 45˚, 𝛽1=30˚ e 𝛾1 = 47˚
∝2,= 30 ˚, 𝛽2 = 22˚ e 𝛾2 =45˚
∝1-∝2 𝛽1- 𝛽2 𝛾1 – 𝛾2
∝=45˚-30˚ 𝛽 =30˚-15˚ 𝛾=47˚-32˚
∝=15 ˚ 𝛽 = 15˚ 𝛾=15˚.
Logo é válida a lei da refracção.
2. Determinção do índice de refracção da lâmina, usando a seguinte fórmula.
nar = 1
1.sen45˚=n2. Sen30˚
n2=sen45˚/sen30˚
n2 =.2=1,42
Ou
1.sen30˚=n2. Sen15˚
n2=sen30˚/sen15˚
n2=1,7
A diferença do valor dos índices de refracção nas duas projecções dos raios de luz é de cerca de 0.28.
3.Determinção do desvio do raio incidente.
∆= 1.5 (1-0,57) = 0,7 Cm
Ou
∆= 1.5 (1-0,46) = 0,8 Cm
4.2.2. Para prisma óptico
Procedimento experimental
Liguei a fonte de tensão a 12V e uma lanterna;
Fiz incidir a lanter sobre o papel branco;
Coloquei na direção de propagação da lanterna, um prisma (triangular) vidro transparente;
Fiz incidir os raios luminosos no prisma em diversos ângulos;
Com o transferiodor, medi os ângulos dos raios incidentes e refractados;
Com ajuda de uma régua tracei a projecção do raio de luz no papel A4.
Com ajuda da expressão Matemática (), calculei a diferença de fase ou o ângulo de inclinação do prisma;
Ângulos medidos de acoordo com a fig. (prisma triangular)
| | ∝ 1 | ∝ 2 | ��1 | ��2 |
| Ângulos medidos (˚) | 60 | 30 | 60 | 30 |
𝛽2
Ângulos medidos (˚)
60
30
60
30
Dados: Resolução
∝1=60˚
𝛽1 = 60˚ φ = 60˚+30˚-60˚
𝛾=60˚ φ=30˚
∝2=30˚
𝛽 2= 30˚
Conclusão
Com estas aulas fico involvido na comunidade académica, comungando a mesma ideia que diz: O raio incidente, o raio reflectido e a perpendicular à fronteira entre dois meios, no ponto de incidência do raio, encontra-se no mesmo plano.
A experiência realizada, tinha por objectivo de determinação das leis da óptica geomética, com base nas leis da reflexão e refracção, que consistia na medição dos ângulos de incidência, refletidos e refratados, bem como na determinação do índice de refracção da lâmina, desvio do raio incidente, ângulo de inclinação dos raios do prisma e o índice de refracção do prisma triangular.
Os resultados obtidos nesses todos meios, pode-se notar que o objectivo ja foi alcançado, dado que existiram pequenas disparidades entre a teoria e a práctica laboratorial, portanto para uma disciplina como a Física sempre é tão bom fazer experiências para provar aquelas teorias que habitualmente conhecem-se.
O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência
O raio incidente, raio refractado e a normal a fronteira entre os dois meios no ponto de incidência, encontram-se no mesmo plano, para dois dados meios a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refracção é uma grandeza constante.
Portanto, estou convicto em dizer que as experiências consistem numa concretização dos fundamentos da Física.
Bibliografia
1.DIAS, Jorge de Deus, et all, Introdução a Física, Editora McGraw-Hill Ldt, 2ªedicao, Portugal 2000.
2.JDANOV, L. S. Física para o ensino técnico especializado, editora Mir Moscovo 1981. 3.MABOTE, Joana Luís, NHANCALE, Isaac Nassone, Física 11ª classe, 1ªedicao,Moçambique, 2003.
4.NATÁRIO, José; Física; editora ASA; 5a tir.; 2a edição; 1989; pp 19-21.
5.Yavorski; M. A. A. Detlaf, Prontuário de Física editor Mir Moscovo, 1980.
UPM_Beira, 2 Ano de Curso de Fisica
Gelito Jose Arigora
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