Física Experimental - Óptica - Banco óptico master - EQ045G.

(1)

Autor: Luiz Antonio Macedo Ramos - Direitos Autorais Reservados.

Índice Remissivo ... 6

Abertura ... 10

Guarantee / Garantia... 11

Certificado de Garantia Internacional ... 11

As instruções identificadas no canto superior direito da página pelos números que se iniciam pelos algarismos “199…” são destina-das ao professor. ... 11

International Certificate of Guarantee ... 11

All of the basic instructions identifies by numbers beginning with "199 . . . " are meant for use by teachers. ... 11

PCN ... 11

Os produtos Cidepe são adequados aos Parâmetros Curriculares Nacionais - PCN ... 11

1992.021G ... 12

Conheça o banco óptico master. ... 12

1992.140 ... 14

Como selecionar ou fazer a troca de fusível. ... 14

Aparelhos que operam com tensão única (110 Vac ou 220 Vac). ... 14

• O fusível reserva. ... 14

• A troca do fusível. ... 14

Aparelhos que podem operar tanto em 110 Vac quanto em 220 Vac. ... 15

• Com etiqueta ETIQ006 e mudança de fusível. ... 15

• O ajuste da tensão em conformidade com a tensão local. ... 15

• 220 Vac. ... 15

• 110 Vac. ... 15

• A troca do fusível. ... 15

• Com etiqueta ETIQ007 sem mudança de fusível. ... 16

• O ajuste da tensão em conformidade com a tensão local. ... 16

• 220 Vac. ... 16

• 110 Vac. ... 16

• A troca de fusível. ... 16

O cabo de força. ... 17

• Atenção! Nunca retire o pino TERRA do cabo de força que acompanha o equipamento. ... 17

1992.021_6 ... 18

A lanterna de luz branca (luz policromática). ... 18

• O alinhamento da lâmpada. ... 18

Onde posicionar alguns acessórios sobre o barramento. ... 19

• A posição da lanterna de luz “branca” e a focagem. ... 19

• A mesa suporte. ... 19

• O multidiafragma deslizante. ... 19

• A lente de 8 di no cavaleiro com aba. ... 19

• A lente de 4 di no cavaleiro com aba. ... 19

• O espelho côncavo e convexo no cavaleiro sem aba. ... 19

• A rede de difração na mesa com cavaleiro. ... 19

Casos de BO com painel e disco de Hartl. ... 19

1992.090 ... 20

Conheça a lanterna com 3 fachos. ... 20

• Cuidados ao manusear a lâmpada. ... 20

• A posição da lâmpada em relação à escala. ... 20

• Como colocar o suporte dos refletores. ... 20

• Como retirar a película protetora dos refletores. ... 21

• Como colocar os refletores no suporte. ... 21

• Cuidados elétricos com a lanterna. ... 21

• Como colocar os filtros ópticos na lanterna. ... 21

1992.041 ... 23

(2)

• Como obter um feixe cilíndrico estreito. ... 23

• Como obter um feixe em pincel planar horizontal. ... 23

• Como obter um feixe em pincel planar vertical. ... 23

• Características do laser. ... 23

1992.021M... 24

Onde posicionar a lanterna laser diodo no banco óptico linear. ... 24

• A posição do painel óptico diante do laser. ... 24

• A medida do comprimento de onda do laser. ... 24

1062.004A ... 25

A óptica geométrica e suas limitações. ... 25

Os princípios da ótica geométrica. ... 25

• O primeiro princípio da óptica geométrica. ... 25

• O segundo princípio da óptica geométrica. ... 25

• O terceiro princípio da óptica geométrica. ... 25

1062.004B... 27

Simulação dos eclipses, a umbra e a penumbra. ... 27

1062.004C ... 28

A reflexão no espelho plano. ... 28

• O ângulo de incidência. ... 28

• O ângulo de reflexão. ... 29

As leis da reflexão. ... 29

• A primeira lei da reflexão. ... 29

• A segunda lei da reflexão. ... 29

• O ângulo de giro do raio refletido. ... 29

1062.004D ... 30

A imagem formada num espelho plano e suas características. ... 30

1062.004E... 32

O número de imagens formada entre dois espelhos planos com um ângulo entre si. ... 32

1062.004F ... 34

Algumas aplicações das reflexões múltiplas entre espelhos planos. ... 34

1062.004G ... 36

Os principais elementos geométricos do espelho esférico côncavo e seus três raios principais. ... 36

• O vértice do espelho esférico côncavo. ... 37

• O foco real do espelho esférico côncavo. ... 37

• A distância focal do espelho côncavo. ... 37

• O centro de curvatura do espelho esférico côncavo. ... 37

• Os raios secundários e a abertura do espelho. ... 37

• Os três raios principais do espelho esférico convexo. ... 38

A cáustica. ... 39

Os principais elementos geométricos do espelho esférico convexo e seus três raios principais. ... 39

• O vértice do espelho convexo. ... 39

• O foco virtual do espelho convexo. ... 39

• O três raios principais no espelho esférico convexo. ... 39

1062.004H ... 40

A refração e suas leis - os dióptros. ... 40

• A velocidade da luz no vácuo. ... 40

• A refração da luz. ... 40

• O índice de refração absoluto (índice de refringência absoluto). ... 40

• A dependência do índice de refração em relação a frequência da radiação incidente. ... 41

• Os princípios da óptica geométrica. ... 41

O dióptro. ... 41

• O raio incidente e o raio refratado. ... 41

• O ângulo de incidência e o ângulo de refração. ... 41

(3)

• O índice de refração relativo e a segunda lei da refração. ... 42

A lei da refração (segunda lei). ... 42

A reflexão total. ... 43

• A reflexão total e o ângulo limite de refração. ... 44

• A reflexão total. ... 44

Uma aplicação da reflexão total, a fibra óptica. ... 44

1062.004I ... 45

A refração e a dispersão da luz nos prismas. ... 45

• O prisma óptico. ... 45

O espectro eletromagnético. ... 47

• O espectro visível. ... 47

• O espectro contínuo. ... 47

1062.004J ... 48

As lentes esféricas e suas principais características. ... 48

O que se entende por lente. ... 48

As lentes esféricas. ... 48

As lentes delgadas. ... 49

• Algumas interseções para obtenção de lentes esféricas. ... 49

• O centro ótico da lente. ... 49

• Os vértices da lente. ... 49

• Os raios de curvatura da lente. ... 49

• Os centros de curvatura da lente. ... 49

• O eixo ótico da lente. ... 49

A identificação das lentes esféricas convergentes e divergentes, segundo suas bordas. ... 49

Classificação entre lentes convergentes e seus três raios principais. ... 50

As lentes convergentes (lentes positivas). ... 50

• O primeiro raio principal da lente. ... 50

• Os focos reais de uma lente convergente e suas distâncias focais. ... 51

• O segundo raio principal da lente convergente. ... 51

• O terceiro raio principal da lente convergente. ... 52

Classificação entre lentes divergentes e seus três raios principais. ... 52

As lentes divergentes (lentes negativas). ... 52

• Os três raios principais de uma lente divergente. ... 52

• O primeiro raio principal da lente. ... 52

• Os focos virtuais da lente divergente. ... 52

• O segundo raio principal da lente divergente. ... 53

• O terceiro raio principal da lente divergente. ... 53

1062.004J0 ... 54

As lentes esféricas, referencial gaussiano, aumento e a formação de suas imagens. ... 54

Gauss, Carl Friedrich (1777-1855). ... 54

O referencial gaussiano. ... 54

• O eixo CO-p (abscissas dos objetos). ... 54

• O eixo CO-p’ (abscissas das imagens). ... 54

• O eixo CO-y (ordenada dos objetos e das imagens). ... 54

• A função dos pontos conjugados (equação de Gauss). ... 54

• O aumento linear transversal (ou ampliação). ... 54

• Como classificar a imagem formada pela lente em função do sinal do aumento linear. ... 55

• Como classificar a imagem formada pela lente em função do módulo do aumento linear. ... 55

• Como determinar geométricamente a imagem formada pela lente em função dos raios principais. ... 55

A lente esférica e sua vergência (convergência ou dioptria). ... 56

1062.004J1 ... 57

Uma imagem vale mais que mil raios. ... 57

• As lentes biconvexas parcialmente cobertas. ... 57

• Os espelhos côncavos parcialmente cobertos. ... 57

1062.004L... 59

(4)

A ampliação linear transversal (aumento) de uma lente. ... 60

1062.002k_0 ... 61

Introdução à óptica da visão. ... 61

O olho humano. ... 61

• A óptica da visão. ... 61

• O sistema de lentes do olho humano. ... 62

• O poder de refração do olho humano. ... 62

• O sistema óptico do olho humano. ... 63

Alguns erros de refração que o olho humano pode apresentar (defeitos de visão). ... 63

• A emetropia: O olho normal (ou olho emétrope). ... 63

• A hipermetropia (ou hiperopia). ... 63

• A miopia. ... 63

1062.002k ... 64

Defeitos de visão, a correção da hipermetropia e da miopia com lentes. ... 64

• A correção da visão pelo uso de lentes. ... 64

1062004p ... 66

A construção de alguns instrumentos ópticos. ... 66

A lupa. ... 66

• A equação de Gauss para lentes esféricas. ... 67

O microscópio óptico composto. ... 68

• A objetiva do microscópio. ... 68

• A ocular do microscópio. ... 68

• A imagem conjugada. ... 69

O aumento linear transversal do microscópio composto. ... 69

As lunetas, a luneta terrestre. ... 71

• A luneta astronômica. ... 71

• A luneta terrestre. ... 72

• O aumento visual, aumento angular para a luneta. ... 72

1062.005A ... 73

O espectro contínuo da decomposição da luz policromática, projetável. ... 73

1062.004IA ... 74

A difração da luz utilizando diferentes lâmpadas e um CD. ... 74

1062.004M... 75

A medida do comprimento de onda das faixas espectrais da luz, interferência, com banco óptico linear. ... 75

A técnica de interferência de Young. ... 76

Young, Thomas (1773 - 1829). ... 76

• O espectro eletromagnético. ... 76

• O espectro visível. ... 76

• O espectro contínuo visível. ... 76

• O máximo central. ... 76

1062.005C ... 78

O comprimento de onda médio das cores do espectro contínuo, projetável. ... 78

• O ajuste da perpendicularidade entre os feixes de luz. ... 78

• O ajuste do plano da rede de difração. ... 78

A difração e o princípio de Huygens. ... 78

• Huygens, Christiaan (1629 - 1695). ... 78

• A constante de rede. ... 79

• O comprimento de onda de uma cor do espectro da luz. ... 79

• O comprimento de onda na faixa espectral do amarelo. ... 79

1062.003M... 81

A medida do comprimento de onda de um laser. ... 81

• A constante de rede. ... 82

A medida do diâmetro do fio de um tecido transparente ao laser. ... 83

(5)

A lei do deslocamento de Wien. ... 84

Wien, Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz (1864 - 1928). ... 84

A irradiação (visível e não visível). ... 84

• Uma pequena faixa visível no espectro de radiações eletromagnéticas. ... 85

• A luz. ... 85

A chama do bico de Bunsen. ... 86

Bunsen, Eberhard Robert Wilhelm (1811 - 1899). ... 86

A chama da lamparina e da vela. ... 86

1062.005B... 87

Os espectros de absorção de filtros e materiais transparentes a luz. ... 87

1062.005D ... 88

Uma observação qualitativa do espectro de reflexão. ... 88

Uma técnica que pode ser usada na análise da cor de tintas, tecidos, etc. ... 88

1062.003N ... 89

A polarização de um laser. ... 89

• O polaróide. ... 89

A não polarização da luz “branca” da lanterna. ... 90

O espalhamento Rayleigh. ... 90

1062.003P ... 91

A influência de um campo magnético sobre o plano de polarização da onda eletromagnética . ... 91

• Faraday, Michael (1791-1867). ... 91

A rotação de Faraday. ... 91

• Os campos magnéticos galácticos. ... 91

1062.050A ... 93

A composição de cores derivadas por superposição luminosa. ... 93

Simulando eclipses com lanterna de multifachos, a umbra e a penumbra . ... 94

• A umbra e a penumbra. ... 95

(6)

Índice Remissivo

A

abertura do espelho esférico 36 ampliação 54, 67, 69

ampliação linear transversal 60 análise das cores 88

ângulo de difração 80 ângulo de giro do espelho 29 ângulo de giro do raio refletido 29 ângulo de incidência 29, 41, 42, 44 ângulo de reflexão 29

ângulo de refração 42, 44 ângulo entre dois espelhos 32

ângulo entre o raio incidente e o raio refletido 29 ângulo limite de refração 44

aumento 60

aumento angular para a luneta 72 aumento linear transversal 54

aumento linear transversal (ampliação) 67 aumento linear transversal da objetiva 69 aumento linear transversal da ocular 69

aumento linear transversal do microscópio composto 69 aumento visual, aumento angular para a luneta 72

B

bico de Bunsen 86 bissetriz 32

bissetriz do ângulo 32

Bunsen, Eberhard Robert Wilhelm (1811 - 1899) 86

C

campos magnéticos galácticos 91 Carl Friedrich Gauss 54

cáustica 39

centro de curvatura do espelho esférico 36

centro de curvatura do espelho esférico côncavo 37 centro ótico da lente 49

centros de curvatura da lente 49

chama oxidante ou chama não luminosa 86 chama redutora ou chama luminosa 86 Christiaan Huygens 78

comprimento de onda das faixas espectrais 75 comprimento de onda de uma cor 79

comprimento de onda do laser 24, 81

comprimento de onda máximo predominante 86 comprimento de onda na faixa espectral do amarelo 79 constante de rede 79, 82

convergência 56

cor de um objeto devido a luz incidente utilizada 95 cores da luz que atravessa diversos materiais 87 cores derivadas por superposição luminosa 93 cores do espectro completo 88

cores do espectro da luz “branca” 47 cores do espectro da luz policromática 47 cores do espectro refletido 88

cores do espectro visível 78

cores primárias verde, azul e vermelho 93 córnea 62

coróide 62

corpo opaco à luz 26 corpo translúcido à luz 26 corpo transparente à luz 26 corpos iluminados 26 corpos luminosos 26 cristalino 62, 63

D

decomposição da luz policromática 73 defeitos de visão 63

deslocamento de Wien 85

difração da luz utilizando diferentes lâmpadas 74 difração de ondas luminosas 79

diodo laser 23 dioptria 56 dióptro 41

dispersão da luz 45

distância da imagem ao espelho plano 30 distância focal 51, 53

distância focal do espelho côncavo 37 distorção na cor de um objeto devido a luz 95

E

Eberhard Robert Wilhelm Bunsen 86 eclipse da Lua 27, 94

eclipse do Sol 27, 94 eclipse parcial 94 eclipse parcial do Sol 27 eclipse total 94

eclipse total do Sol 27

efeito de coloração total do filtro 57 efeito Joule 85

efeito óptico-magnético 91 eixo ótico da lente 49

eixo principal do espelho esférico 36, 37 eixo secundário do espelho esférico 36 emetropia 63

equação de Gauss 54

equação de Gauss para lentes esféricas 67 erros de refração no olho 63

esclerótica 62 espaço interestelar 91 espalhamento Rayleigh 90 espectro contínuo 73

espectro contínuo visível 47, 76 espectro da energia irradiada 85 espectro da luz 79

espectro da luz “branca” 76

espectro da luz da lâmpada fluorescente 74 espectro da luz da lâmpada incandescente 74 espectro da luz da lâmpada PL 74

espectro de absorção 74 espectro de bandas coloridas 76 espectro de emissão 74, 76 espectro eletromagnético 47, 76 espectro visível (luz) 47, 76 espectros de absorção 87 espectros de reflexão 88

(7)

espelho 26 espelho plano 28

espelhos côncavos parcialmente cobertos 57 espelhos planos com abertura de 45 graus 34 espelhos planos com abertura de 90 graus 35

F

Faraday, Michael (1791-1867) 91 feixe cilindrico estreito 23

feixe em pincel planar horizontal 23 feixe em pincel planar vertical 23 filtro azul 57

filtro polaróide 89 filtro vermelho 57 foco real 51

foco real do espelho esférico côncavo 37 foco virtual 39, 52

foco virtual do espelho convexo 39 fonte extensa de luz 26

fonte incandescente de luz 26 fonte pontual de luz 26

fonte primária de luz (corpo luminoso) 26 fonte secundária de luz (corpo iluminado) 26 fontes de luz 26

fóvea 62

função dos pontos conjugados 54

G

Gauss, Carl Friedrich (1777-1855) 54

H

hipermetropia (ou hiperopia) 63 hiperopia 63 humor aquoso 62 humor vítreo 62 Huygens, Christiaan (1629 - 1695) 78

I

imagem conjugada 69 imagem direita 54, 60 imagem focalizada 60

imagem formada envolve múltiplos raios 57 imagem formada num espelho plano 30 imagem formada por um olho normal 63 imagem invertida 54, 60

imagem num espelho plano 30 imagem real 60

imagem virtual 30 índice de refração 41

índice de refração absoluto 40 índice de refração médio da córnea 62 índice de refração médio do ar 62 índice de refração médio do cristalino 62 índice de refração médio do humor aquoso 62 índice de refração médio do humor vítreo 62 índice de refração relativo 42

índice de refração relativo do ar 43 índice de refringência absoluto 40 instrumentos de aproximação 72 íris 62

L

lei da refração (primeira lei) 42, 43 lei da refração (segunda lei) 42, 43 lei de irradiação do calor 84

lei de Wien (lei do deslocamento de Wien) 84 lei do deslocamento de Wien 84, 85

leis da reflexão 46 lente 48, 61 lente biconvexa 57

lente convergente biconvexa 51

lente convergente plano convexa 50, 51, 52 lente de aumento 66

lente delgada 49

lente divergente plano côncava 52 lente esférica 61

lente esférica e sua vergência 56 lente natural do olho 65

lentes biconvexas parcialmente cobertas 57 lentes convergentes 49, 50

lentes convergentes: distância focal positiva 54 lentes delgadas esféricas 55

lentes divergentes 49

lentes divergentes: distância focal negativa 54 lentes esféricas 48, 49

lentes esféricas convergentes e divergentes 49 lentes esféricas convergentes e os três raios 50, 52 lentes esféricas e a formação de suas imagens 54 lentes negativas 52

lentes positivas 50

linha amarela de emissão do sódio 80 luneta 71

luneta astronômica 71 luneta terrestre 72 lupa 66

luz 95

luz amarelada do sódio 41 luz “branca” 47, 76 luz emitida pelo laser 89

luz num meio homogêneo e isotrópico 26 luz parcialmente polarizada 89

luz policromática “branca” 79

M

máximo central 75, 76, 82 medida da rotação da Faraday 91 meio homogêneo 26

meio isotrópico 26 método de Young 82 Michael Faraday 86, 91 microscópio óptico composto 68 miopia 63

músculos ciliares 62

N

nanometro 77, 79

número de imagens obtidas por dois espelhos planos 32 número de imagens possíveis entre os dois espelhos 32 número de ordem da difração 80

(8)

O

objetiva 68, 71, 72 objeto real 60

objetos e imagens reais: abscissa positiva 54 objetos e imagens virtuais: abscissa negativa 54 ocular 68, 71, 72 olho de gato 46 olho emétrope 63 olho hipermétrope 63 olho humano 61 olho míope 63, 64

olho normal (ou olho emétrope) 63 óptica física 25

óptica geométrica 25

óptica geométrica e suas limitações 25 ótica da visão 61

P

penumbra 27, 94, 95

perpendicularidade entre feixes de luz 78 plano da rede de difração 78

plano de polarização da onda eletromagnética 91 polarização de um laser 89 polaróide 89 ponte Wien 84 ponto de incidência 28, 44 ponto imagem 55 ponto objeto 55

posição da imagem num espelho plano 30 primeira lei da reflexão 29

primeira lei da refração 42 primeiro máximo 77

primeiro máximo à direita 75, 82 primeiro máximo à esquerda 75, 82 primeiro máximo da radiação vermelha 77 primeiro princípio da óptica geométrica 25, 26 primeiro raio principal da lente 50, 52

princípio de Huygens 78

princípio dos caminhos inversos dos raios luminoso 51 princípios da óptica geométrica 41

princípios da ótica geométrica 25 prisma de 60 graus 46 prisma de 90 graus 45, 46 prisma óptico 45 prismas 45 pupila 62

R

radiação vermelha 77

radiações (componentes da irradiação) 84 radiações de diferentes frequências 74 raio incidente 28, 41, 44

raio refletido 29

raio refratado 41, 42, 44 raios de curvatura da lente 49 raios principais 55

raios principais do espelho esférico convexo 38 raios secundários 37

referencial de Gauss 54

referencial gaussiano 54 reflexão e suas leis 28

reflexão em sistemas com dois espelhos 34 reflexão em sistemas para alinhamento 34 reflexão em sistemas sinalizadores 34 reflexão total 44

reflexões múltiplas entre espelhos planos 34 refração da luz 40

refração e suas leis 40, 45 retina 62

rotação de Faraday 91

rotação de Faraday acontece com ondas de rádio 91 rotação de Faraday em pulsares 91

S

segunda lei da reflexão 29 segunda lei da refração 42

segundo princípio da óptica geométrica 25, 26 segundo raio principal da lente convergente 51 segundo raio principal da lente divergente 53 sequência espectral 74

sistema de lentes do olho 62 superfície espelhada 26

superposição luminosa das 3 cores primárias 94 superposição luminosa das cores azul e verde 93 superposição luminosa das cores vermelha e azul 94 superposição luminosa das cores vermelha e verde 94

T

tamanho da imagem num espelho plano 30 técnica de interferência de Young 76, 79, 82, 85 terceiro princípio da óptica geométrica 25, 26 terceiro raio principal da lente convergente 52 terceiro raio principal da lente divergente 53 Thomas Young 76, 79, 82

três raios principais do espelho esférico 39

três raios principais do espelho esférico convexo 39 três raios principais no espelho côncavo esférico 38

U

umbra 27, 94, 95

unidade de vergência, convergência ou dioptria 56

V

velocidade da luz na água 43 velocidade da luz no vácuo 40 vergência 56

vértice do espelho convexo 39 vértice do espelho esférico 36

vértice do espelho esférico côncavo 37 vértices da lente 49

visão para longe 63 visão para perto 63

W

Wien, Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz 84 Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien 84

Y

(9)

Z

zona oxidante da chama 86 zona redutora da chama 86