Difração dos raios luminosos

Lei de Snell e Reflexão Total

Gabriel Lucas Almeida (201420618), Camila Tuane Souza Pereira (201421548), Thompson Mendes (201521436), Murilo Henrique (201420620)

 Turma 22A de Laboratório de Física IV

30 de Setembro de 2016

Resumo

A Lei de Snell é um importante conceito físico para análise da refração da onda luminosa. Neste experimento foram realizadas várias medidas do ângulo incidente e o refratado a fim de se comprovar a Lei de Snell e o caso de reflexão total, obtendo por fim, o valor da refringência do acrílico. Os resultados desse experimento e as contas com suas incertezas estão presentes neste relatório.

1. Introdução

Os estudos sobre a Lei de Snell são de extrema importância no campo da engenharia e tem diversas aplicações no ramo da óptica da física. Sem essa relação de refringência e ângulo de incidência, como seria possível adivinhar corretamente a posição de um corpo no fundo da água? Hoje todos nós já sabemos que quando passamos do ar para a água, o raio luminoso sofre uma refração e diminuição da sua velocidade, assim, consequentemente o raio refratado se aproxima da normal. Desse modo, torna-se fácil comprovar essa lei com um simples experimento em sua casa. O primeiro passo é encher um copo d’agua e após isso, colocar um lápis. O observador verá que lápis vai aparentar estar ‘’quebrado’’ por conta da refração. Outro caso muito comum de ser observado é a dispersão dos feixes luminosos dentro de uma gota de chuva, originando o conhecido arco-íris a partir de refrações e reflexões totais. Neste experimento será estudada a Lei de Snell e o caso da reflexão total da luz.

1. Métodos

1. Método Teórico

A lei de Snell, ou também conhecida como lei de descartes, é o princípio que rege a propriedade de refração da luz. Um feixe de luz qualquer não interrompe o caminho de outro, seguindo sempre um caminho retilíneo, porém ao passar de um meio para outro, um raio luminoso altera seu percurso, desviando-se em um ângulo a uma normal, e a esse desvio é atribuído o nome de refração. Desse modo, a lei de Snell relaciona o índice refratário do meio, ou seja, a quantidade que o ambiente é capaz de refratar o raio, com a quantidade radial alterada sofrida. A Equação 1, Lei de Snell demonstra a função analítica sobre o fenômeno.

n1senØ1=n2senØ2   (1)

N: Índice de Refração;

Ø1: Ângulo de Incidência;

Ø2: Ângulo de Refração.

A Figura 1 a seguir, exemplifica como o fenômeno ocorre.

[pic 1]

Figura 1. Demonstração de Refração

O índice de refração também pode ser escrito através da Equação 2 Índice de Refração.

N=(2)[pic 2]

C: Velocidade da Luz no Vácuo;

V: Velocidade de Propagação no Meio.

Analisando, portanto, as Equações 01 e 02, conclui-se que, ao feixe de luz passar de um meio com um índice menos refringente para um com índice maior, a velocidade da luz diminui e o feixe luminoso aproxima-se da reta normal, ou seja, o ângulo diminui.

Outro princípio também analisado no experimento, é a propriedade de reflexão, que reflete no mesmo ângulo que incide o raio.

1. Método Experimental

Materiais Utilizados:

1Gerador de Feixe Luminoso;

1 Medidor de Ângulo;

1 Meia Circunferência de Acrílico.

Para comprovar os aspectos teóricos citados, foi dividido o experimento em duas partes, a primeira incidindo o feixe de luz na região plana do semicírculo e observando a quantidade radial que foi refratado, e a segunda na parte circular, observando o mesmo aspecto. Em ambas, variamos o ângulo de incidência de 0oà 90o, em intercalações de 5o em 5o.

As figuras a seguir indicam como foram realizadas as práticas.

[pic 3]

Figura 3. Modelo Experimental I[pic 4]

Figura 4.Modelo Experimental II

1. Discussão e Resultados

θincidência (graus)	θrefração (graus)	θreflexão (graus)
0	0	-
5	3	-
10	6	-
15	9.5	-
20	13	-
25	16	-
30	19	-
35	22	-
40	25	-
45	27,5	45
50	30	50
55	32,5	55
60	34,5	60
65	36	65
70	37,5	70
75	39	75
80	40	80
85	41	85
90	0	90

Tabela 1. Ângulos de incidência e refração quando n1

θincidência (graus)	θrefração (graus)
0	0
5	7
10	14
15	22
20	30
25	38
30	47
35	58
40	73
42.5	90
45-90	0

Tabela 2. Ângulos de incidência e refração quando n1>n2.

A partir dos resultados, pode-se dizer que quando o meio n1 (ar) é menor que o meio n2 (superfície de acrílico), o ângulo de incidência é sempre maior do que o ângulo de refração, e quando o meio n1 é maior do que o meio n2, o ângulo de incidência é sempre menor do que o ângulo de refração. Quanto ao ângulo de reflexão é sempre igual ao ângulo de incidência em ambos os casos, pois como os dois ângulos estão em relação à reta normal, têm a mesma variação de ângulo.