Física Geral e Experimental IV

[pic 1]

Universidade do Estado do Pará

Centro de Ciências Naturais e Tecnologia

Curso de Engenharia Ambiental

Física Geral e Experimental IV

Járlesson Amazonas

Celso Leite, Marcus Victor, Nyelsen Correa, Paulo Santos, Pedro Miranda, Vítor Abner

Abordagem Pedagógica através de um Modelo de Visualização do Funcionamento Prático da Fibra Óptica

Belém

2014

---

CELSO LEITE

MARCUS VICTOR

NYELSEN CORREA

PAULO SANTOS

PEDRO RENAN

VÍTOR ABNER

ABORDAGEM PEDAGÓGICA ATRAVÉS DE UM MODELO DE VISUALIZAÇÃO DO FUNCIONAMENTO PRÁTICO DA FIBRA ÓPTICA

Trabalho realizado por alunos de Engenharia Ambiental como requisito parcial para obtenção de nota na disciplina Física Geral e Experimental IV.

Orientador: Prof. Dr. Járlesson Amazonas

Belém

2014

---

Resumo

Apesar de simples, a reflexão total interna possui diversas aplicações, dentre elas, uma que se destaca bastante atualmente é a fibra óptica. Nos dias de hoje, as fibras ópticas são largamente utilizadas em diversos setores com um número grande de aplicações em sistemas de telecomunicação; outras aplicações que também podemos citar são sistemas de TV de alta resolução e de controle, sensoriamento de várias grandezas físicas e químicas, além disso, possuem aplicações em medicina e na indústria de automóvel (Kent State University). Este experimento com fim pedagógico é importante para demonstrar a parte prática de um determinado objeto de estudo, tornando o aprendizado mais pleno e instigante. Assim, foi elaborado um modelo de funcionamento de fibra óptica com abordagens simples sobre alguns acontecimentos físicos, como a vazão, o alcance e o fenômeno da reflexão interna total. Com isto, os principais objetivos deste trabalho foram mensurar as grandezas de vazão, velocidade e alcance e demonstrar a reflexão interna total, contemplando os conceitos de Física Geral e Experimental I, II e IV. Foi concluído que é possível abordar de maneira interativa e objetiva diversos conceitos, facilitando a aprendizagem e permitindo com que os conhecimentos sejam fixados e absorvidos com maior êxito.

---

Sumário

1.        Introdução        5

2.        Objetivos        6

2.2. Objetivo Geral        6

2.3. Objetivos Específicos        6

3.        Referencial Teórico        6

4.        Metodologia        8

4.1. Materiais        8

4.2. Métodos        8

5.        Resultados e Discussão        9

6.        Conclusão        12

7.        Referencial Bibliográfico        12

---

1. Introdução

O experimento com fim pedagógico é importante para demonstrar a parte prática de um determinado objeto de estudo, tornando o aprendizado mais pleno e instigante, com base nisso foi elaborado um modelo de funcionamento de fibra óptica com abordagens simples sobre alguns acontecimentos físicos, como a vazão, o alcance e o fenômeno da reflexão interna total.

A vazão pode ser definida como sendo a quantidade volumétrica ou mássica de um fluido que escoa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo. A velocidade utilizada para o cálculo da vazão foi encontrada através da equação de Bernoulli.

Um movimento oblíquo é um movimento uniformemente variável, onde parte é vertical e outra parte é horizontal, especificamente a distância horizontal percorrida pelo corpo (neste caso, a água) desde o seu lançamento horizontal é denominada alcance máximo.

Quando um raio de luz se propaga em um meio com um determinado índice de refração e tenta atravessar para outro meio com índice de refração menor do que este em que ela vem se propagando, parte da luz será refratada e a outra parte será refletida. Se aumentarmos o ângulo de incidência do raio de luz neste novo meio, chegará a um ângulo em que toda luz será refletida. Ao ângulo atribuímos o nome de ângulo limite e ao fenômeno reflexão interna total.

As fibras óticas são geralmente constituídas por um núcleo transparente de vidro puro envolto por um material com menor índice de refração. A luz é mantida no núcleo através de reflexão interna total. Isto faz com que a fibra funcione como guia de onda, transmitindo luz entre as duas extremidades. O experimento aqui demonstrado atua de forma análoga, haja vista que a água, por possuir índice de refração maior que o do ar, força a luz de tal modo que esta é refletida internamente no fluido.

Foram utilizadas duas idênticas garrafas PET de 1,5L como recipientes da água, e feitos furos em diferentes alturas em cada uma, mediu-se a distância do furo em relação à superfície de água em cada garrafa e foram feitos os cálculos de velocidade, alcance e vazão. A incidência do laser na direção da água jorrando veio como prova empírica da Lei de Snell-Descartes, que descreve a relação entre os ângulos de incidência e refração em meios isotrópicos.

Com este trabalho tornou-se mais compreensível o funcionamento da fibra óptica de forma simplificada, além de favorecido o entendimento de conceitos estudados em física como a vazão e o alcance.

1. Objetivos

2.2. Objetivo Geral

Desenvolver um experimento que demonstra o funcionamento da fibra óptica, associada à reflexão interna total. E por meio deste experimento, abordar outros aspectos físicos relacionados ao calculo de vazão e alcance, tornando-o pedagógico e de suma importância para a disseminação de conhecimento da física teórica por meio da pratica.

2.3. Objetivos Específicos

2.3.1. Demonstrar o princípio da reflexão interna total por meio representativo da fibra óptica;

2.3.2. Calcular o alcance da água associando à coluna de água presente no experimento, provocando a influencia da altura de água no alcance encontrado, contemplando conceitos de física geral e experimental I;