Engenharia Mecânica Leis da Reflexão e Refração Lentes Esféricas

  Laboratório de Física geral e experimental 4

Engenharia Mecânica

Leis da Reflexão e Refração

Lentes Esféricas

Relatório

                   

1. Introdução

1. – Leis da Reflexão e Refração:

Chamamos de refração da luz o fenômeno em que ela é transmitida de um meio para outro diferente. Nesta mudança de meios a frequência da onda luminosa não é alterada, embora sua velocidade e o seu comprimento de onda sejam. Com a alteração da velocidade de propagação ocorre um desvio da direção original. Para se entender melhor este fenômeno, imagine um raio de luz que passa de um meio para outro de superfície plana, conforme mostra a figura abaixo:

[pic 1]

Onde:

• Raio 1 é o raio incidente, com velocidade e comprimento de onda característico;
• Raio 2 é o raio refratado, com velocidade e comprimento de onda característico;
• A reta tracejada é a linha normal à superfície;
• O ângulo formado entre o raio 1 e a reta normal é o ângulo de incidência;
• O ângulo formado entre o raio 2 e a reta normal é o ângulo de refração;
• A fronteira entre os dois meios é um dioptria plano.

Conhecendo os elementos de uma refração podemos entender o fenômeno através das duas leis que o regem.

1. 1ª Lei da Refração

A 1ª lei da refração diz que o raio incidente (raio 1), o raio refratado (raio 2) e a reta normal ao ponto de incidência (reta tracejada) estão contidos no mesmo plano, que no caso do desenho acima é o plano da tela.

1. 2ª Lei da Refração - Lei de Snell

A 2ª lei da refração é utilizada para calcular o desvio dos raios de luz ao mudarem de meio, e é expressa por:

[pic 2]

No entanto, sabemos que:

[pic 3]

Além de que:

[pic 4]

Ao agruparmos estas informações, chegamos a uma forma completa da Lei de Snell:

[pic 5]

Reflexão: consiste na mudança da direção de propagação da energia (desde que o ângulo de incidência não seja 0º). Consiste no retorno da energia incidente em direção à região de onde ela é oriunda, após entrar em contato com uma superfície refletora. A lei da reflexão, diz que durante a reflexão especular o ângulo em que a onda é incidente sobre a superfície é igual ao ângulo a que é refletida. Espelhos exibem reflexão especular.

A energia pode tanto estar manifestada na forma de ondas como transmitida através de partículas. Por isso, a reflexão é um fenômeno que pode se dar por um caráter eletromagnético ou mecânico.

Exemplos comuns incluem a reflexão da luz, som e ondas. Em acústica, reflexão provoca ecos e é usado em sonar. Em geologia, é importante no estudo de ondas sísmicas. A reflexão é observada com ondas de superfície em corpos de água. Reflexo é observado com muitos tipos de onda eletromagnética, para além da luz visível. Reflexão de frequências mais altas é importante para a transmissão de rádio e de radar. Mesmo os raios-X e raios gama podem ser refletidos em ângulos rasos com espelhos especiais.

A reflexão difere da refração porque nesta segunda, ocorre alteração nas características do meio por onde passa a onda.

[pic 6]

1.2.1 – Lentes Esféricas

As lentes esféricas são meios transparentes, nos quais a luz pode se propagar. Possuem duas faces esféricas ou uma face esférica e a outra plana. As lentes podem apresentar dois comportamentos ópticos: convergente e divergente.                        Os raios das faces das lentes R1 e R2 podem ser iguais ou diferentes. Se a face for plana, significa que o raio é igual a infinito. Para nomear as lentes, citamos em primeiro lugar o nome da face de maior raio de curvatura.

[pic 7]
Lentes de bordos finos

[pic 8]
Lentes de bordos grossos

Observação: A nomenclatura das lentes de bordos finos termina sempre por convexa. A de bordos grossos sempre termina por côncava.

1. Lente convergente

Uma lente é classificada como convergente quando um feixe de luz paralelo, incidente nela, formar um ponto imagem real. Esquematicamente:

[pic 9]

1. Lente divergente

Uma lente é classificada como divergente quando um feixe de luz paralelo, incidente nela, formar um ponto imagem virtual. Esquematicamente temos:

[pic 10]

1. Metodologia e Materiais:

2.1 – Metodologias (Leis da Refração e Reflexão):

Desenvolvemos os experimentos no laboratório, conforme as instruções do professor, com o objetivo de identificarmos o valor do incide de refração do material estudado ( bloco retangular acrílico ).

No experimento colocou-se o bloco retangular de acrílico centralizado na régua de ângulo e foi realizado o ajuste de tal modo que o ângulo de incidência do raio lumnoso refletisse e assim mostrando o ângulo de refração.  Para obter diferentes resultados, o laser foi posicionado em ângulos variados  do semicírculo abaixo do objeto de estudo, resultando em diversos ângulos refratados e assim foi tomado nota dos resultados obtidos na tabela. Lembrando que o índice de refração do ar é igual a 1.