Espelhos Planos

INTRODUÇÃO

Esta prática destina-se à observação e comprovação das leis da reflexão e estudar a formação de imagens em um espelho portanto nosso embasamento teórico nos diz respeito às leis da reflexão e formação de imagens em um espelho.

Espelho plano

Um espelho plano é aquele em que a superfície de reflexão é totalmente plana.

Para saber mais...

Os espelhos geralmente são feitos de uma superfície metálica bem polida. É comum, usar-se uma placa de vidro onde se deposita uma fina camada de prata ou alumínio em uma das faces, tornando a outra um espelho.

Os espelhos planos tem utilidades bastante diversificadas, desde as domésticas até como componentes de sofisticados instrumentos ópticos.

Representa-se um espelho plano por:

As principais propriedades de um espelho plano são a simetria entre os pontos objeto e imagem e que a maior parte da reflexão que acontece é regular.

Construção das imagens em um espelho plano

Para se determinar a imagem em um espelho plano basta imaginarmos que o observador vê um objeto que parece estar atrás do espelho, isto ocorre pois o prolongamento do raio refletido passa por um ponto imagem virtual (PIV), "atrás" do espelho.

Nos espelhos planos, o objeto e a respectiva imagem têm sempre naturezas opostas, ou seja, quando um é real o outro deve ser virtual, portanto, para se obter geometricamente a imagem de um objeto pontual, basta traçar por ele, através do espelho, uma reta e marcar simétricamente o ponto imagem.

Leis da Reflexão

A reflexão é fenômeno no qual uma propagação energética periódica (onda) volta ao ponto de origem após atingir determinado ponto.

Essa propagação energética pode ser mecânica (como uma sucessão de ondas em uma corda) ou eletromagnética (propagação da luz), entretanto, por ser mais voltado ao estudo da física óptica, trataremos da reflexão da luz incidente sobre uma superfície. Para isso, é necessária a apresentação de alguns conceitos:

Reta Normal

Quando a luz é refletida, mede-se o ângulo de incidência (i), e o ângulo de reflexão (r), como o desvio dos feixes em relação a uma reta perpendicular (N) ao espelho:

Ângulo de Incidência

O ângulo de incidência é o respectivo ângulo (a partir da reta N) no qual um feixe de luz sobrevém numa face espelhada. Sendo que, a reflexão realmente acontece se o ângulo i for diferente de 90° (feixe paralelo ao espelho).

Ângulo de Reflexão

O ângulo de reflexão é o respectivo ângulo (a partir da reta N) no qual um feixe de luz provém de uma face espelhada. Sendo assim, r é sempre diferente de 90°.

Leis da Reflexão

1. A primeira lei da reflexão diz que o raio incidente, o raio refletido e a reta Normal são coplanares. Ou seja, coexistem no mesmo plano geométrico;

2. O ângulo refletido é igual ao ângulo de incidência.

De forma análoga, a figura (b) representa as duas leis:

As leis da reflexão podem ser analisadas pela teoria corpuscular da luz: seria a colisão dos fótons com a superfície espelhada. De forma análoga à colisão de uma esfera completamente elástica, inclinada a um determinado ângulo, com uma superfície. Nesse caso, não haveria perdas energéticas e a esfera sairia da superfície em movimento ascendente e com direção igual à de chegada.

Espelhos Côncavos

Espelho Côncavo é caracterizado como sendo um espelho esférico, e pode ser encontrado em qualquer superfície interna na forma de uma calota esférica, desde que essa superfície seja capaz de refletir os raios de luz que incidirem, o espelho côncavo está contido em uma “fatia” de esfera, essa fatia é chamada de calota esférica, e o reflexo está localizado na parte interna da calota. Abaixo segue uma ilustração de uma calota esférica e a localização da superfície de onde podemos ter um espelho côncavo.

Figura 1 – Ilustra a forma de uma calota esférica e a localização da superfície do espelho côncavo.

Comumente os espelhos côncavos são utilizados em aplicações bem específicas, isso ocorre por que as imagens formadas variam de acordo com a posição do objeto. Podem ser encontrados em alguns tipos de telescópios, projetores e também é comumente encontrado nos consultórios odontológicos, pois com ele é possível observar determinadas características dos dentes, e é comum o uso também da maquiagem . Isso se justifica pois diante dos espelhos côncavos onde o objeto se situa bem próximo do espelho, para ser mais preciso, entre o vértice e o foco, a imagem resultado é virtual, direta e ampliada, o que resulta em uma melhor nitidez e visualização das características do objeto a ser observado.

Figura 2 – Exemplo de um espelho côncavo para ampliar a visão do dentista.

As propriedades do espelho côncavo temos o conhecido Ponto Focal (F), que é um ponto médio entre o centro e a curvatura do espelho, esse ponto médio fica sobre a reta (R), nesse ponto (F) é o local para onde os raios refletidos ou prolongados se convergem.

A medida entre o ponto focal e o vértice do espelho é a Distância Focal (f), como vimos o ponto focal fica localizado no ponto médio entre o centro de curvatura e o vértice do espelho, assim podemos afirmar que a distância focal pode ser definida como a metade da medida do raio:

f = R/2 (1)

O vértice (V) é ponto tangencial descrito na curvatura do espelho, e fica localizado sobre o eixo (e) do espelho, uma linha de centro que une o centro de curvatura, o foco e o vértice. Abaixo podemos ver cada elemento do espelho:

Figura 3 – Elementos de um espelho esférico.

Para determinarmos como são formadas as imagens em um espelho côncavo, devemos conhecer o comportamento dos raios de luz incidentes, ou seja, quando atingem a superfície do espelho e refletem.

Figura 4 – Ilustração dos Raios Incidentes em um espelho côncavo.

Para a formação das imagens, por exemplo, temos a necessidade de apenas utilizarmos dois feixes de raios de luz incidentes no espelho. Por esses dois raios, determinamos a posição da imagem refletida, tamanho, e característica.

Figura 5 – Ilustração dos Raios emanados do objeto incidentes no espelho côncavo formando a imagem.

Além desse caso temos outros para a formação de imagens em espelhos côncavos. Nesse um objeto (O) posicionado a frente do espelho, além do centro de curvatura. Os raios R¹ e R² emitidos do objeto incidem no espelho que refletem de acordo com o comportamento que vimos anteriormente. No encontro dos raios, temos a formação da Imagem, que no caso é caracterizada como sendo Real (pois é constituída pelo encontro dos raios incidentes, tal imagem é constituída por luz), Invertida (pois a direção é diferente do objeto) e Reduzida (porque é menor que o objeto).

Figura 6 – Ilustração dos Raios emanados do objeto incidentes no espelho côncavo formando a imagem.

Nesse exemplo o objeto (O) está posicionado entre o ponto focal e o vértice. Os raios R¹ e R² emitidos do objeto incidem no espelho que refletem de acordo com o comportamento. No encontro do prolongamento dos raios, temos a formação da Imagem, que no caso é caracterizada como sendo Virtual (pois é constituída pelo prolongamento dos raios incidentes, tal imagem não é constituída por luz), Direta (pois a direção é igual ao do objeto) e Ampliada (porque é maior que o objeto).

Temos também um caso bem particular que é a imagem denominada como imprópria, onde o objeto é posicionado sobre o ponto focal, nessa caso o raios refletidos são paralelos, por esse motivo também pode-se ouvir dizer como sendo uma imagem formada no infinito, o que acarreta na não formação de imagem refletida, onde por lógico podemos constatar que a imagem não é real nem virtual, apenas uma condição imprópria para a formação de imagens refletidas.

Imagem de um corpo extenso

A imagem do cachorro formada no espelho é virtual, direita e possui as mesmas dimensões

Muitos de nós possuímos espelhos em nossas residências, sejam eles pequenos ou grandes. Quando ficamos diante de um espelho vemos o nosso reflexo. Na Física, chamamos de imagem o que vemos através do espelho, seja ele plano ou esférico.

Definimos espelho plano como sendo uma superfície plana metálica bem polida capaz de refletir a luz. Ao nos posicionarmos diante do espelho, veremos nossa imagem, isso é, veremos a imagem de um corpo extenso. Sendo assim, podemos definircorpo extenso como sendo um conjunto de infinitos pontos, sendo que a imagem de cada ponto possui distâncias iguais em relação ao espelho, ou seja, a imagem e o objeto são simétricos em relação a ele mesmo. Portanto, podemos dizer que obtemos a imagem de um objeto, ou seja, o corpo extenso, ponto a ponto.

Vejamos então a figura abaixo: ao ligarmos os pontos A, B, C e D teremos um corpo extenso b. Da mesma maneira, ligando os pontos A’, B’, C’ e D’ teremos a formação da imagem da letra b, cuja natureza será virtual. A imagem é dita virtual pelo fato de ter sido formada pelos prolongamentos dos pontos A, B, C e D.

Observando a figura podemos perceber que o objeto e a sua respectiva imagem são simétricos em relação ao espelho. Portanto, a imagem terá as mesmas dimensões do objeto. Por não ocorrer inversão, de baixo para cima, dizemos que a imagem formada é direita.

Dessa forma, podemos concluir que um espelho plano conjuga uma imagem do tipo virtual, direita e do mesmo tamanho que o objeto.

CONCLUSÃO

Concluímos este trabalho de maneira satisfatória ao que o tal se destinou a saber, verificar as leis da reflexão e o estudo das imagens formadas em um espelho plano, imagens formadas por dois espelhos e até em caráter de pesquisa imagens formadas por três espelhos perpendiculares entre si.

REFERENCIAS

http://www.alunosonline.com.br/fisica/imagem-um-corpo-extenso.html

http://www.infoescola.com/fisica/espelhos-concavos/

http://www.infoescola.com/fisica/leis-da-reflexao/

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Reflexaodaluz/espelhoplano.php