Física Experimental 2 Roteiros para Experimentos de Física

1062.003F As reflexões múltiplas da luz entre espelhos planos. 1. Habilidades e competências. • Ao término desta atividade o aluno deverá ter competência para: • aplicar sucessivamente as leis da reflexão em sistemas com dois espelhos em ângulo; • reconhecer a aplicação das leis da reflexão em sistemas para alinhamento a 90°; • reconhecer a aplicação das leis da reflexão em sistemas conhecidos por "olho de gato". 2. Material necessário. 01 painel básico para banco óptico; 01 lanterna laser; 02 espelhos planos de adesão magnética. 3. Montagem. Caso necessário veja as instruções 1992.021B. Atenção! • Nunca aponte o laser para os seus olhos ou para os olhos de alguém. • Bloqueie os feixes do laser com materiais absorventes de modo que o feixe não ultrapasse a área do seu experimento. (Utilize papéis ou panos escuros). • Cubra ou remova qualquer espelho ou objeto refletor, que possa fazer refletir nos olhos de alguém o feixe do laser. • Ajuste a altura da lanterna de modo que o feixe de luz passe, aproximadamente, 1 cm acima do centro do disco óptico. 4. Andamento das atividades. 4.1. Fixe os dois espelhos planos de modo a ficar uma abertura de 45° entre eles (marca serrilhada no painel) - Figura 1. Caso o raio refletido fique "curto" sobre o disco central, incline levemente a fonte luminosa. • Trace, na Figura 1, o caminho do raio refletido, verificando, para cada reflexão, a validade das leis da reflexão. Figura 1 • Justifique a validade, ou não, de duas superfícies espelhadas (espelhos planos com abertura de 45°) serem utilizadas em sistemas para alinhamentos perpendiculares. 4.2. Fixe os espelhos com uma abertura de 90° sobre o centro do disco, conforme a Figura 2. Figura 2 • Trace o caminho do raio refletido segundo as leis da reflexão. Justifique a validade, ou não, da utilização de superfícies refletoras (espelhos planos com abertura de 90°) em sistemas para sinalização, tipo "olho de gato". 1062.003C A reflexão da luz num espelho plano. 1. Habilidades e competências. • Ao término desta atividade o aluno deverá ter competência para: • reconhecer que o raio refletido está contido no plano formado pelo raio incidente e pela reta normal à superfície polida do espelho, no ponto de incidência; • identificar e mencionar as leis da reflexão. 2. Material necessário. 01 painel básico para banco óptico; 01 lanterna laser; 01 espelho plano com adesão magnética. 3. Montagem. Cuidados com o laser! • Nunca aponte o laser para os olhos de um ser vivo. • Bloqueie os feixes do laser com materiais absorventes de modo que o feixe não ultrapasse a área do experimento (utilize papéis ou panos escuros). • Cubra ou remova qualquer espelho ou objeto refletor, que possa refletir nos olhos de alguém o feixe do laser. 3.1. Execute a montagem do conjunto (caso necessário veja as Instruções 1992.021B_2). • Coloque o espelho plano sobre o disco óptico - Figura 1. Figura 1 • O centro do espelho esteja sobre o centro do disco e que a diagonal (com escala) fique normal (N) à superfície do espelho. É importante que o ponto de incidência "P" esteja sobre o centro do disco, caso necessário, movimente a lanterna até satisfazer esta condição. • Ao ligar a fonte de luz, o raio incidente deverá atingir o espelho no ponto de incidência "P" e retornar sobre si próprio. 4. Andamento das atividades. 4.1. Ligue a lanterna e a posicione de modo que o raio incidente "i" forme um ângulo de 10° com a reta normal (N) ao espelho no ponto de incidência (P). Figura 2 Caso o seu modelo de banco óptico possua o disco girante, em vez de girar a lanterna você poderá simplesmente girar o disco de Hartl. O ângulo de incidência. O ângulo entre o raio incidente e a reta normal N, no ponto de incidência é denominado de ângulo de incidência (i). O raio refletido. Complete, na Figura 2, a trajetória do raio depois de encontrar o espelho plano, denominado de raio refletido. O ângulo de reflexão. • Identifique na Figura 2 o ângulo de reflexão (r), ângulo que o raio refletido forma com a reta normal (N), no ponto de incidência. • Determine o valor do ângulo de reflexão. 4.2. Complete a Tabela 1 para os ângulos de incidência (i) indicados. Tabela 1 Ângulo de Incidência (i) Ângulo de Reflexão (r) 10 20 30 40 4.3. Confrontando os valores da Tabela 1, relacione o ângulo de incidência com o ângulo de reflexão. As leis da reflexão. 4.4. Verifique a validade das seguintes afirmações: "O raio incidente, a reta normal (no ponto de incidência) e o raio refletido estão contidos num mesmo plano." "O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão." Saiba que estas afirmações são conhecidas como leis da reflexão (primeira lei da reflexão e segunda lei da reflexão). 4.5. Descreva o que acontece com o raio refletido quando o raio incidente é normal à superfície refletora. Neste caso, qual o ângulo formado entre o raio incidente e o raio refletido? 4.6. Gire a lanterna no sentido horário, aumentando o ângulo de incidência em mais 10° (ângulo de giro do raio incidente) no sentido horário. Neste caso, qual o ângulo formado entre o raio incidente e o raio refletido? 4.7. Procedendo como no item anterior, complete a segunda coluna da Tabela 2, para os ângulos de giro do raio incidente. Tabela 2 Ângulo de giro do espelho Ângulo entre os (jó) raios incidente e refletido (i+j+r) 0 10 20 30 40 O ângulo de giro do espelho (ângulo de giro do raio refletido). 4.8. Confrontando os valores da Tabela 2, relacione o ângulo de giro do raio incidente (ângulo de giro do espelho) com o ângulo entre o raio incidente e o raio refletido (ângulo de giro do raio refletido). Certos aparelhos de grande sensibilidade, como o quinofragma a laser, balança de torção, etc, se utilizam deste fenômeno físico para a ampliação da sua escala de leitura. 1062.003G A reflexão em espelhos esféricos. 1. Habilidades e competências. • Ao término desta atividade o aluno deverá ter competência para: • determinar, a partir de um espelho esférico, as cotas de posicionamento dos seguintes ele- mentos: • Centro de curvatura (c); • Vértice do espelho (v); • Eixo principal (EP); • Eixo secundário (ES); • Abertura do espelho (q). • Descrever e identificar os três raios princi- pais nos espelhos esféricos. 2. Material necessário. • 01 painel básico para banco óptico; • 01 lanterna laser • 01 perfil de espelho côncavo e convexo (ou perfil flexível para espelho); x 01 compasso; x 01 régua milimetrada. Os itens assinalados por x não acompanham o conjunto. 3. Montagem. Atenção! • Nunca aponte o laser para os seus olhos ou para os olhos de alguém. * Bloqueie os feixes do laser com materiais absorventes de modo que o feixe não ultra- passe a área do seu experimento. (Utilize papéis ou panos escuros). *Cubra ou remova qualquer espelho ou objeto refletor, que possa fazer refletir nos olhos de alguém o feixe do laser. Caso necessário veja as instruções 1992.021B. O espelho esférico côncavo. 4.1. Fixe o espelho côncavo ao disco óptico, conforma me a Figura 1, de tal modo que: Figura 1 • a reflexão do raio incidente central retorne sobre si próprio e o ponto de incidência divida em duas partes iguais o perfil do espelho. • Cuide para que o raio central fique sobre a diagonal do disco que contém a escala milimetrada. 4.2. Suba a lanterna de modo que o raio incidente fique paralelo e 2 cm acima do eixo principal confor- me a Figura 2. Figura 2 Complete na Figura 2 a trajetória seguida pelo raio refletido cujo raio incidente é paralelo ao eixo principal. 72 4.3. Ajuste a lanterna de modo que o raio incidente fique paralelo e aproximadamente 2 cm abaixo do eixo principal. Complete, na Figura 3, a trajetória seguida pelo raio refletido, cujo raio incidente é paralle- o ao eixo principal. Figura 3 4.4. Assinale com a letra V o ponto de incidência central (doravante denominado de vértice do espelho esférico côncavo). 4.5. Assinale com a letra "F" o foco do espelho esférico côncavo, ponto de maior ocorrência dos raios refletidos. 4.6. Determine e anote a distância denominada de distância focal do espelho (f), existente entre o vér- tice e o foco do espelho. 4.7. Transfira os dados obtidos para uma folha em branco (conforme a Figura 4): 4.8. Com a ponta seca do compasso no foco F e a outra em V, trace sobre a reta r um ponto C, distante 2f do vértice V. • Compare a localização do ponto C com a do ponto central da superfície côncava espelhada. • Este ponto C é denominado centro de curvatu- ra do espelho esférico. 4.9. Trace respectivamente os segmentos AC e BC. • Os raios secundários e a abertura do espelho esférico côncavo. Todos os raios que estiverem contidos na re- gião interna, determinada por AC e BC, são denominados raios secundários e o ângulo ACB, representado por (0), é denominado de abertura do espelho esférico. A abertura real do espelho côncavo ocupa a região determinada pela revolução de AC em torno do eixo principal, também conhecida por "ângulo sólido" da abertura. 73 • O eixo principal do espelho esférico côncavo. 4.10. Observe que a reta "r" passa pelo centro de curvatura do espelho e pelo seu vértice. O eixo colin- ear desta reta, contendo C e V, é denominado "eixo principal do espelho esférico. Movimente a lanterna de modo que o raio incidente I, fique contido no eixo principal. • O que acontece ao raio refletido cujo raio incidente está contido no eixo principal? 4.11. Movimente a lanterna de modo que o raio incidente I, passe pelo foco e incida sobre o espelho côncavo. • Descreva o que acontece ao raio refletido cujo raio incidente I, passa pelo foco e incide sobre o espelho côncavo. Considere o comportamento do raio refletido em fun- ção do eixo principal. 4.12. Movimente a lanterna de modo que o raio refletido cujo raio incidente I, é paralelo ao eixo principal do espelho. Considere o comportamento do raio refletido em fun- ção do eixo principal (diâmetro que contém e escala milimetrada). • Os três raios principais no espelho esférico côncavo. Os 4.13. Os últimos itens trataram do comportamento de três raios, denominados "raios principais raios de luz nos espelhos esféricos côncavos", complete as lacunas de modo a conceituar cada um deles: • O primeiro raio principal no espelho esférico côncavo. • Todo raio incidente contido no eixo principal do espelho côncavo, tem seu raio refletido • O segundo raio principal no espelho esférico côncavo. • Todo raio incidente que passe pelo foco e incida sobre o espelho côncavo, tem seu raio refletido • O terceiro raio principal no espelho esférico côn- cavo. • Todo raio incidente paralelo ao eixo princí- pal que incida sobre o espelho côncavo, tem seu raio refletido O espelho esférico convexo. 4.14. Movimente a lanterna para o outro lado do painel permitindo que a parte convexa do espelho seja agora considerada. • A reflexão do raio incidente central deve retornar sobre si próprio e o ponto de incidência dividir em duas partes iguais o perfil do espe- lho. • O vértice do espelho esférico convexo. 4.15. Assinale na Figura 5, com a letra (V), o ponto de incidência central denominado vértice do espelho esférico convexo. 74 • O foco virtual do espelho esférico convexo. 4.16. Subindo ou descendo a lanterna, sempre man- tendo o raio incidente paralelo a posição anterior, assinale com a letra (F) o foco do espelho convexo, ponto de maior ocorrência dos prolongamentos dos raios refletidos. PARA O PROFESSOR Observe que a única maneira de vincular os raios refle- tidos ao foco é trabalhar com os prolongamentos destes raios, razão pela qual este foco e denominado de foco virtual. 4. A distância focal do espelho esférico convexo. 4.17. Verifique e anote a distância focal deste espe- lho. - Justifique a presença do sinal menos (-) e o seu significado físico. 5. Os três raios principais no espelho esférico convexo. 4.18. Gire a lanterna de modo que o prolongamento do raio incidente i passe pelo foco. - Observe, grafique e descreva o que acontece ao raio refletido cujo prolongamento do raio incidente i passa pelo foco. Considere o comportamento em função do eixo princi- pal. 4.19. Descreva o comportamento dos três raios prin- cipais no espelho esférico convexo. Livro - Roteiros para Experimentos de Fisica Autor: Luiz Antonio Macedo Ramos 75