A REFLEXÃO E REFRAÇÃO DA LUZ

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

DISCIPLINA: FÍSICA IV

PROFESSOR DR. CLENILTON COSTA DOS SANTOS

Vanessa de Oliveira Holanda

2013006005

REFLEXÃO E REFRAÇÃO DA LUZ

São Luís – MA

2015

1. DESCRIÇÃO TEÓRICA

        A reflexão e a refração da luz são fenômenos ópticos relacionados com a forma como a luz se propaga. Quando a luz incide sobre uma superfície, ela pode ser refletida e refratada. Observe a figura 1:

Figura 1: Esquema representativo da incidência de um raio sendo refletido e refratado[pic 1]

        Podemos observar na figura que a luz incide sobre uma superfície de separação entre dois meios com um ângulo de incidência, i. Uma parte dela atravessa a superfície e passa de um meio para outro, ou seja, é refratada com um ângulo de refração, r, e a outra parte retorna ao meio de origem.

        Quando a superfície é polida, como no caso dos espelhos, a luz é totalmente refletida, ou seja, retorna ao meio de origem. A reflexão da luz pode ser classificada de duas formas:

• Reflexão regular: se os raios de luz incidirem sobre uma superfície totalmente polida e forem refletidos todos na mesma direção e paralelos entre si, conforme mostra a figura 1.2.

Figura 1.2: Reflexão regular[pic 2]

• Reflexão difusa: ocorre quando os raios de luz incidem sobre uma superfície irregular e são refletidos em várias direções distintas, conforme a figura 1.3.

Figura 1.3: Reflexão difusa[pic 3]

Existem duas leis para a reflexão da luz:

• O ângulo de incidência é sempre igual ao ângulo de reflexão, αi = αr;
• O raio incidente, o raio refletido e a reta normal à superfície de separação pertencem a um só plano.

Observam-se estas leis na figura 1.4:

Figura 1.4: De acordo com as leis da reflexão, os raios incidente e refletido possuem o mesmo ângulo com a normal à superfície.[pic 4]

        A refração da luz (Figura 1.5) consiste na mudança da velocidade da luz ao passar de um meio para o outro. É em virtude desse fenômeno que um objeto colocado dentro de um copo aparenta estar torto ou que uma piscina parece ser mais rasa do que realmente é.

Figura 1.5: Quando os raios de luz passam de um meio para o outro, ocorre mudança na direção e velocidade de propagação [pic 5]

        A intensidade da refração dependerá da variação sofrida pela velocidade ao passar de um meio para outro. Para caracterizar os meios materiais, existe o índice de refração, representado pela letra “n”, sendo calculado da seguinte forma:

n = c
     v

Sendo que:

c – velocidade da luz no vácuo;

v – velocidade da luz no meio material;

n – índice de refração.

        A lei básica da refração da luz, que também pode ser denominada lei de Snell, tem o seguinte enunciado: “Quando a luz passa de um meio, cujo índice de refração é n1, para outro meio, que tem índice de refração n2, temos:

n1 . Senθ1 = n2 . Sen θ2

Sendo que θ1 é o ângulo de incidência, e θ2, o ângulo de reflexão.”.

1. METODOLOGIA

2.1 OBJETIVOS:

• Verificar a relação entre o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão (1º enunciado da lei da reflexão).
• Verificar  a lei de Snell-Descarte e medir o índice de refração do acrílico usando esta lei.
• Medir o ângulo crítico (θc) para o qual ocorre o fenômeno da reflexão interna total da luz.

2.2 MATERIAL UTILIZADO:

• 01 (uma) fonte de luz (laser);
• 01 (um) disco graduado de Hartl;
• 01 (um) espelho plano.
• 01 (um) semicírculo de acrílico.

1. PROCEDIMENTO:

• Ajustou-se  e se alinhou todo o sistema óptico, de forma que a luz do laser passasse exatamente pelo centro do disco graduado de Hartl;
• Posicionou-se o espelho ortogonalmente em relação à trajetória do raio de luz, fazendo com que o raio refletido incidisse sobre a saída de luz do próprio laser;
• Fizeram- se as medidas do ângulo de reflexão para cada ângulo de indicência, verificando-se a reversibilidade do caminho óptico. Os resultados foram anotados no Quadro 1;
• Antes de qualquer medição ou verificação, todo o sistema óptico foi ajustado, fazendo-se incidir um raio luminoso precisamente no centro do corpo semicircular de vidro para que os raios refratados fossem perpendiculares à superfície de emergência;
• Fez-se, ainda, variar o ângulo de incidência, girando o disco de Hartl e se observou a variação do ângulo de refração;
• Após observação, os dados foram anotados e o Quadro 2 foi preenchido. O Gráfico 1 foi feito ainda para expressar a relação entre os senos dos ângulos de incidência e refração.
• Alinhou-se novamente o sistema, mas dessa vez colocando o semicírculo de acrílico de forma que a superfície plana dele coincidisse com o diâmetro do suporte;
• Fez-se incidir a luz laser perpendicularmente à face circular do semicírculo e para duas medidas do ângulo de incidência;
• Anotaram-se os respectivos ângulos refratados, preenchendo o Quadro 3.
• Observou-se o fenômeno da reflexão interna total;
• Para o cálculo de [pic 6], usou-se o índice de refração do ar igual à unidade ([pic 7]= 1,0). Mediu-se o valor do ângulo crítico (θc) e se calculou novamente [pic 8]. Anotou-se o resultado.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

        Na primeira parte do experimento, usou-se um espelho plano para se medir o ângulo de reflexão e observar se condiziria com o esperado teoricamente. Os resultados foram expostos no Quadro 1 que se segue:

Quadro 1: Ângulo de reflexão nos sentidos direto e reverso[pic 9]

        A partir deste Quadro, observa-se que, em alguns ângulos de incidência, o resultado obtido diferenciou um pouco do esperado. Isso pode ter sido causado por um alinhamento não tão satisfatório do espelho e também pela inclinação desregulada do disco graduado de Hartl. No entanto, quando esse erro aconteceu, a diferença foi pequena e em muitos casos a teoria foi confirmada. Logo, o experimento foi satisfatório.