FISICA EXPERIMENTAL

Experimento VII – Óptica

Grupo: Afonso Queiroz Leite

Arthur Ribeiro Garcia

Danilo Lengruber Oliveira

Henrique de Souza Ferreira

Paula Badini

Thays Carvalho Bocayuva

Victor Vieira

Nova Friburgo, 17 de Novembro de 2014

1 - Teoria

Óptica é a parte da Física responsável pelo estudo dos fenômenos associados à luz.

Os fenômenos relacionados à óptica são conhecidos desde a antiguidade. Existem registros de que, em 2.283 a.C., já eram utilizados cristais de rocha para observar as estrelas. Na Idade Antiga, na Assíria, já havia a lente de cristal; e, na Grécia, utilizava-se a lente de vidro para obter fogo.

O grande salto no estudo da óptica ocorreu no século XVI. Galileu Galilei apresentou o primeiro telescópio, em 1609, e Snell Descartes chegou à Lei da refração. O trabalho mais importante dessa época foi a medição da velocidade da luz, o valor encontrado foi c = 3,08 . 1010 cm/s, obtido por Bradley, em 1728.

Outro importante nome para a evolução dos estudos sobre a Óptica foi o de Huygens, que, em 1678, apresentou a hipótese de que a luz seria uma onda. Isaac Newton também deixou suas contribuições na área, entre elas a teoria da variação do índice de refração da luz pela variação da cor, que pode ser observada na dispersão da luz ao passar por um prisma.

O fato de se considerar apenas a natureza corpuscular da luz representou um atraso nos estudos da óptica. Somente em 1801 que Young realizou a experiência da interferência da luz, explicando-a a partir da teoria ondulatória. Em seguida, por volta de 1815, Fresnell explicou a teoria da difração da luz também através da teoria ondulatória.

Outro cientista importante para o desenvolvimento dessa teoria foi Foucault, que descobriu que a velocidade da luz era maior no ar do que na água. Essa descoberta ia de encontro à teoria corpuscular, que afirmava que a velocidade da luz era maior na água que no ar. Foi de James Clerk Maxwell a principal evidência de que a luz comportava-se como uma onda eletromagnética, pois ele provou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no espaço era igual à velocidade de propagação da luz.

Essa teoria de que a luz comportava-se apenas como uma onda eletromagnética foi questionada no final do século XIX. Isso porque não era suficiente para explicar o efeito fotoelétrico. Einstein utilizou a teoria de Planck para mostrar que a luz era formada por “pequenos pacotes de energia”, os fótons. A partir dessa teoria, Arthur Compton demonstrou que quando um fóton e um elétron colidem, ambos se comportam como matéria.

A partir de então, a luz passou a ser considerada como onda e como partícula, dependendo do fenômeno estudado. Essa teoria é denominada de natureza dual da luz.

Sendo assim, os estudos da óptica são divididos em duas partes:

Óptica geométrica: que é a parte da óptica que estuda a propagação da luz por meio dos raios de luz. Os fenômenos que essa área abrange são: propagação retilínea da luz, reflexão e refração da luz, espelhos e lentes;

Óptica física: estuda o comportamento ondulatório da luz. Os fenômenos estudados por essa área são: emissão, composição, absorção, polarização, interferência e difração da luz.

A óptica é uma parte da Física que está muito presente no nosso dia a dia. Algumas de suas aplicações podem ser observadas, por exemplo:

Em instrumentos utilizados para corrigir defeitos visuais, como os óculos e as lentes;

Instrumentos para observação, é o caso dos microscópios, telescópios, lunetas;

Em câmeras fotográficas, filmadoras etc.;

Espelhos que podem ser utilizados para maquiagem ou em retrovisores.

2- Objetivo

O objetivo desta experiência é observar a formação de imagens virtuais a partir de espelhos planos e também observar o comportamento dos raios incidentes e divergentes nas lentes de vidro projetadas no plano.

3- Introdução Experimental

- Painel Óptico

- Lente Plano Convexa

- Multidiafragma

- Banco Óptico Linear

- Espelho

- Lentes Côncavas e Convexas

4- Procedimento

Esse experimento é realizado em três etapas. A primeira etapa, com o auxílio de um espelho, projetamos a luz no mesmo e obtemos o grau de entrada e de saída da luz projetada no espelho.

Na segunda etapa utilizamos os espelhos convexos e côncavos, além do espelho utilizado na primeira etapa e realizamos o mesmo procedimento, para encontrarmos o angulo de entrada, o angulo de saída e o local onde os raios de luz de incidem.

Na terceira etapa, nós temos que encontrar a área de saída (N2) tendo como base o angulo de entrada, o angulo de saída e N1=1.

Fórmula utilizada na terceira etapa: N1.senθ1= N2senθ2

5- Experimento

5.1

1ª Parte

Entrada de Luz ( Espelho ) Saída de Luz ( Espelho )

30° 30°

45° 45°

60° 60°

Quando o espelho é posicionado em 90° o raio de luz não toca o espelho

Saída de Luz -> 255m

Lente Plano Convexo 3di. = 400mm

Lente Plano Convexo 4di. = 835mm

5.2 –

2ª Parte

Espelho Convexo é caracterizado como sendo um espelho esférico, e pode ser considerado para qualquer superfície externa na forma de uma calota esférica que seja capaz de refletir a luz incidente, ou seja, o espelho convexo é uma “fatia” de uma esfera, essa fatia é chamada de calota esférica, e por isso conhecido de espelho esférico, e a parte que reflete (polida) é a parte externa dessa calota. Segue abaixo uma imagem que ilustra a formação de dois espelhos esféricos, um na parte externa da calota e outra na parte interna.

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.

Utilizamos as duas partes do espelho convexos ( a parte da circunferência e a parte reta do espelho) podemos observar que em um dos lados a distancia que o raio de luz atinge até encontrar o ponto incidente é maior.

Comportamento do raio de Luz quando é projetado numa lente Biconvexa:

Comportamento do raio de Luz quando é projetado numa lente Divergente:

5.3

3ª Parte

Fórmula utilizada na terceira etapa: N1.senθ1= N2senθ2

Resultados obtidos a partir do angulo de entrada do raio de luz com o angulo de saída.

Encontre N2

Afonso Arthur Danilo Henrique Paula Thays Victor

30° 1,56 1,60 1,61 1,56 1,56 1,46 1,56

45° 1,57 1,53 1,57 1,57 1,51 1,40 1,51

60° 1,53 1,50 1,59 1,50 1,45 1,75 1,53

Média em 30°: 1,558571

Média em 45°: 1,522857

Média em 60°: 1,55

Aluno: Danilo Lengruber Oliveira - 201201095719