acrílico Meio 2 – ar Ângulo de incidência Ângulo de refração

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Ondas: absorção, reflexão, refração e reflexão total

Meio 1 acrílico Meio 2 – ar Ângulo de incidência Ângulo de refração

10 15

20 31

30 50

35 60

40 75

3. a) Ocorre reflexão total para ângulo maiores do que 42°.

b) Numa extremidade de uma mesma fibra ótica incidiram, sucessivamente, feixes de luz laser verde e vermelha. Observa-se apenas luz à saída da outra extremidade, como se verifica nas imagens.

Num pedaço de acrílico transparente, fazendo de tampa quando colocado na extremidade de uma mangueira com água, fez-se incidir um feixe de luz verde, como se mostra na figura ao lado.

Questões Pós-Laboratoriais (respostas)

1. O material usado com maior pode refletor foi o que tinha uma superfície metalizada, ou um metal com uma superfície polida.

2. A 2.a Lei da Reflexão indica que as amplitudes dos ângulos de incidência e de reflexão são iguais. Na execução experimental verificou-se o que aquela lei indica.

3. Observando as imagens do feixe de luz no alvo, e comparando a luminosidade dos pontos luminosos, observa-se que, dos materiais transparentes usados (os que transmitem luz) o acrílico transparente foi o que transmitiu melhor a luz e o acrílico verde o que terá absorvido mais a luz. 4. Ângulo de incidência Ângulo de refração Seno do ângulo de incidência Seno do ângulo de refração 15° 10° 0,259 0,174 31° 20° 0,515 0,342 50° 30° 0,766 0,500 60° 35° 0,866 0,574 75° 40° 0,966 0,643

A equação de regressão corresponde a

Com e os ângulos de refração e de incidência, então, o declive da reta é igual ao inverso do índice de refração do acrílico usado ( ).

5. Para ângulos de incidência superiores a 42° verifica-se que ocorre reflexão total.

6. No interior da mangueira com água ocorre difusão da luz laser, por isso se observa a luz através das paredes laterais, e a luz apenas ilumina uma zona de cerca de duas dezenas de centímetros, o que mostra que a absorção de luz é considerável.

Questões Complementares

1. Numa atividade laboratorial, colocou-se uma placa semicircular de acrílico numa plataforma circular com uma escala angular de a , como se mostra na figura: a placa foi colocada sobre a plataforma coincidindo o centro da sua face plana com o centro da plataforma circular. A plataforma pode rodar em torno do seu centro.

Um feixe de luz laser, de comprimento de onda no ar igual a 650 nm, incide na face plana da lente, exatamente no centro dessa face. Na figura surge desenhado o trajeto do feixe no ar, no acrílico e depois novamente no ar.

Os alunos mediram o ângulo de incidência, da luz na superfície de separação ar-acrílico e o ângulo, , entre o feixe de luz que sai do acrílico para o ar, na face semicircular, e a normal à face plana da placa.

Ao rodarem a plataforma, mantendo o laser na mesma posição, obtiveram vários valores para os ângulos e que se reproduzem na tabela. Nessa tabela também se apresentam os valores calculados para os respetivos senos.

a) Na face plana da placa, o feixe de luz refrata-se aproximando-se da normal, portanto o índice de refração do acrílico é…

(A) maior do que o do ar e a velocidade da luz no acrílico é maior do que no ar. (B) maior do que o do ar e a velocidade da luz no acrílico é menor do que no ar. (C) menor do que o do ar e a velocidade da luz no acrílico é maior do que no ar. (D) menor do que o do ar e a velocidade da luz no acrílico é menor do que no ar. b) Quando o feixe de luz incide na face plana da placa com um ângulo de incidência

de , parte da luz é refletida nessa superfície.

A amplitude do ângulo entre o feixe de luz refletida e a superfície plana da placa é…

(A) . (B) . (C) . (D) . 10,0 7,0 0,1737 0,1219 20,0 13,5 0,3420 0,2335 30,0 18,5 0,5000 0,3173 40,0 26,0 0,6428 0,4384 50,0 31,0 0,7660 0,5150 60,0 36,5 0,8660 0,5948

c) Por que razão o feixe de luz incidente na superfície de separação acrílico-ar e o feixe de luz transmitido para o ar têm a mesma direção?

d) O feixe de luz que incide na superfície de separação ar-acrílico… (A) sofre reflexão total se o ângulo de incidência for de . (B) sofre reflexão total se o ângulo de incidência for de .

(C) nunca sofre reflexão total pois o ar é mais refringente do que o acrílico. (D) nunca sofre reflexão total pois o ar é menos refringente do que o acrílico.

e) Designando por , e , as energias dos feixes de luz incidente na superfície de separação ar-acrílico, incidente na superfície de separação acrílico-ar e refratado nesta superfície, respetivamente, pode afirmar-se que…

(A)

(B)

(C)

(D)

f) A partir dos dados obtidos na refração da luz na superfície de separação ar-acrílico, determine o valor mais provável do índice de refração do acrílico em relação ao ar.

Utilize as potencialidades da máquina de calcular gráfica para construir o gráfico que considerar mais adequado e proceder à análise estatística pertinente.

g) Consultando o valor tabelado do índice de refração do acrílico para a frequência da luz utilizada nesta experiência, concluiu-se que o erro relativo, expresso em percentagem, do valor experimental deste índice de refração é 1,4% por defeito.

Determine qual deverá ser o valor tabelado do índice de refração do acrílico para a frequência da luz utilizada.

Respostas às Questões Complementares

1. a) (B)

Na refração quando o ângulo entre o feixe de luz e a normal à superfície de separação entre os meios diminui, o índice de refração do segundo meio, , aumenta. O índice de refração de um meio, em que é a velocidade de propagação da luz no vácuo, é inversamente proporcional à velocidade de propagação da luz nesse meio, , assim, se aumenta então diminui.

b) (B)

Na reflexão o ângulo de incidência é igual ao de reflexão, ângulo entre o feixe de luz refletida e a normal à face plana da placa, assim este ângulo será também de . Logo, o ângulo que o feixe de luz refletida faz com a superfície plana da placa será o complementar, .

c) O feixe de luz incidente na superfície de separação acrílico-ar propaga-se segundo uma direção radial da placa, fazendo, por isso, um ângulo de com a normal a esta superfície (ângulo de incidência). Sendo o ângulo de incidência nessa superfície , o de refração também é :

, portanto, não há mudança de direção da

propagação da luz. d) (D)

A reflexão total só pode ocorrer se o índice de refração do meio para o qual a luz se refrataria for menor do que o índice de refração do meio onde se propaga o feixe de luz incidente. Como o índice de refração do acrílico é maior do que o do ar não pode ocorrer reflexão total, isto é, o ar é menos refringente (o índice de refração do ar é menor).

e) (A)

Durante a propagação da luz há sempre alguma absorção da luz pelo meio, o que faz diminuir continuamente a energia do feixe de luz. Além disso, na fronteira de separação entre os meios ocorre também reflexão, o que contribui, adicionalmente, para a diminuição da energia do feixe de luz refratada em relação ao feixe de luz incidente.

f) Como

em que

representa o índice de refração do acrílico em relação ao ar (característica constante do meio para a frequência considerada), prevê-se que seja diretamente proporcional a . A reta de ajuste ao gráfico de dispersão de

em função de é . O índice de refração do acrílico em relação ao ar corresponde ao declive deste gráfico: .

g) Como o índice de refração do ar é 1,000, o valor experimental do índice de refração do acrílico é 1,46.

Como o valor experimental tem um erro de 1,4%, por defeito, segue-se que o valor experimental é 98,6% do valor tabelado:

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Grelha de Avaliação da Atividade Laboratorial 3.1

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