Física. Módulo 6. Volume 5. LABORATÓRIO DE FÍSICA IV Marcelo O'Donnell Krause

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1 Física. Módulo 6. Volume 5 LABORATÓRIO DE FÍSICA IV Marcelo O'Donnell Krause

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3 Universidade Estadual de Santa Cruz Reitora Profª. Adélia Maria Carvalho de Melo Pinheiro Vice-reitor Prof. Evandro Sena Freire Pró-reitor de Graduação Prof. Elias Lins Guimarães Diretor do Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas Prof. Roberto Carlos Felício Ministério da Educação

4 Física Módulo 6 Volume 5 - Laboratório de Física IV 1ª edição Junho de exemplares Copyright by EAD-UAB/UESC Todos os direitos reservados à EAD-UAB/UESC Obra desenvolvida para os cursos de Educação a Distância da Universidade Estadual de Santa Cruz - UESC (Ilhéus-BA) Campus Soane Nazaré de Andrade - Rodovia Jorge Amado, Km 16 - CEP: Ilhéus-Bahia. uabuesc@uesc.br (73) Projeto Gráfico e Diagramação João Luiz Cardeal Craveiro Capa Sheylla Tomás Silva Impressão e acabamento JM Gráfica e Editora Ficha Catalográfica K91 Krause, Marcelo O`Donnell Laboratório de Física IV: módulo 6, volume 5 EAD / Marcelo O`Donnell Ilhéus, BA: EDITUS, [79] p.: il. CDD 530 ISBN: Física Estudo e ensino. 2. Física Experiências. 3. Prática de ensino. 4. Ensino Metodologia. I. Título.

5 EAD. UAB UESC Coordenação UAB UESC Profª. Dra. Maridalva de Souza Penteado Coordenação Adjunta UAB UESC Profª. Ma. Marta Magda Dornelles Coordenação do Curso de Licenciatura em Física (EAD) Prof. Dr. Fernando R. Tamariz Luna Elaboração de Conteúdo Prof. Me. Marcelo O Donnell Krause Instrucional Design Profª. Ma. Marileide dos Santos de Oliveira Profª. Dra. Cláudia Celeste Lima Costa Menezes Revisão Prof. Me. Roberto Santos de Carvalho Coordenação Fluxo Editorial Me. Saul Edgardo Mendez Sanchez Filho

6 REFERÊNCIAS BÁSICAS NUSSENZVEIG, H. MOYSÉS. Curso de Física Básica 4 - Ótica, Relatividade, Física Quântica. 4. ed. São Paulo: Editora EDGARD BLUCHER, TIPLER, P. A. Física: Óptica e Eletromagnetismo. 4. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, v. 2. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KENNETH, S. K. Física ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, v. 2.

7 APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA A disciplina de Laboratório de Física IV tem a finalidade e a capacidade de validar as teorias vistas em Física IV. Portanto a atividade experimental e a teoria devem ser consideradas igualmente importantes em qualquer tipo de investigação científica, principalmente neste moderno mundo em que estamos inseridos. Espero que a disciplina seja capaz de estimular ao exercício da dúvida e da crítica, à curiosidade científica e ao prazer da experimentação, fazendo possibilitar, ainda, o exercício da identificação dos limites teóricos no modelamento físico dos fenômenos da própria natureza. Na verdade, o que mais se espera é que esta disciplina possa ser capaz de desenvolver o espírito científico através da prática e contribuir para a sua formação acadêmica e profissional como futuro licenciado em Física. Um ótimo trabalho a todos. Marcelo O Donnell Krause

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9 SUMÁRIO COMO APRESENTAR UM RELATÓRIO INTRODUÇÃO À ÓPTICA GEOMÉTRICA Elementos históricos da óptica Geométrica e Física...23 EXPERIMENTO 1 - Princípios da Óptica Geométrica 1 INTRODUÇÃO...27 ATIVIDADE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...28 EXPERIMENTO 2 - Construindo uma câmara escura 1 INTRODUÇÃO...33 ATIVIDADE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...34 EXPERIMENTO 3 - Associando espelhos planos 1 INTRODUÇÃO...39 ATIVIDADE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...40 EXPERIMENTO 4 - Construindo um periscópio 1 INTRODUÇÃO...45 ATIVIDADE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...46 EXPERIMENTO 5 - Construindo uma fibra óptica com água 1 INTRODUÇÃO...51 ATIVIDADE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...52 EXPERIMENTO 6 - Fazendo um copo de vidro desaparecer ATIVIDADE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...57

10 EXPERIMENTO 7 - Determinando o índice de refração utilizando a Lei de Snell 1 INTRODUÇÃO...61 ATIVIDADE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...61 EXPERIMENTO 8 - Usando lentes corretivas para os defeitos da visão 1 INTRODUÇÃO...67 ATIVIDADE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...68 EXPERIMENTO 9 - Visualizando a Teoria Ondulatória da Luz 1 INTRODUÇÃO...73 ATIVIDADE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...74 EXPERIMENTO 10 - Construindo um experimento diferente OBJETIVO GERAL BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA... 78

11 DISCIPLINA LABORATÓRIO DE FÍSICA IV Prof. Me. Marcelo O Donnell Krause EMENTA O Laboratório de Física IV será trabalhado de forma a apresentar ao discente aplicações dos tópicos que compreendem os temas de Experimentos visando a solução de problemas experimentais relacionados com grande parte do conteúdo teórico de Física IV: (1) Princípios da Óptica Geométrica; (2) Fenômenos de Reflexão em Espelhos Planos; (3) Fenômenos de Reflexão em Espelhos Esféricos; (4) Refração da Luz; (5) Olho Humano e Instrumentos Ópticos; (6) Óptica Ondulatória; (7) O Efeito Fotoelétrico, visando sempre a formação de professores na sociedade tecnológica, bem como o uso de material didático de baixo custo. CARGA HORÁRIA: 30 horas

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13 O AUTOR Prof. Me. Marcelo O Donnell Krause Licenciado em Física pela UESC (BA), Especialista em Física pela UFU (MG), Mestre em Física pela UESC (BA). Professor Adjunto da Faculdade de Tecnologia e Ciências e Professor Titular da União Metropolitana de Educação e Cultura. krausefisico@ig.com.br

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15 APRESENTAÇÃO Esse é o terceiro módulo de atividades experimentais, de uma série de materiais, na área de experimentos, que estão sendo desenvolvidas para o curso de LICENCIATURA EM FÍSICA, modalidade a distância, onde buscamos oferecer aos nossos estudantes e futuros professores licenciados um aprendizado de qualidade. Neste trabalho, introduzimos alguns experimentos, continuando a manter o objetivo de acompanhar parte da disciplina de Física IV e, também, de resumir o conteúdo dos experimentos, acreditando-se que haverá uma integração maior dos alunos no processo de aprendizagem como um todo. Portanto espera-se que este material possa ser melhorado através de correções, questionamentos e sugestões que serão sempre bem-vindas. Assim sendo, procuramos adotar certa sequência para a abordagem da física experimental, em que os conceitos teóricos pudessem ser verificados de maneira simples. Esse grau de abordagem cresce gradativamente e sincronizada com o que fora visto no curso teórico. Portanto esta disciplina faz parte da continuação dos cursos de Laboratório de Física I, Laboratório de Física II e Laboratório de Física III que inicia com a introdução de um vocabulário mais adequado ao laboratório. Agora que o aluno já possui uma base mais sólida sobre o aspecto científico e uma maior afinidade com a prática experimental, podemos dar uma continuidade a esta fase de verificação dos conceitos teóricos, efetuando experimentos que tratam dos conhecimentos de óptica geométrica, óptica física e efeito foto-elétrico. Com o conteúdo deste módulo de experimentos, esperamos que os graduandos possam obter uma base mais sólida para o aprendizado da parte experimental e de interpretação dos resultados através da comparação com algumas das principais leis da física envolvidas nestes experimentos. Acreditamos que este material deverá contribuir de uma forma mais significativa para esta disciplina, possibilitando aos alunos solucionar os diferentes problemas que deverão enfrentar na sequência de seus estudos e em suas carreiras profissionais.

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17 COMO APRESENTAR UM RELATÓRIO

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19 Introdução à óptica geométrica COMO APRESENTAR UM RELATÓRIO As principais características para a elaboração de um bom relatório, referente a uma prática experimental, são a objetividade e a clareza. Ele deve ser escrito de maneira que outra pessoa, baseando-se por ele, possa repetir o experimento sem necessitar que o autor do texto esteja presente para explicálo. O relatório sempre deve respeitar certos aspectos e normas indispensáveis para que o leitor possa entender, imediatamente, os pontos essenciais do trabalho feito na sala de aula; ele deve conter o maior número possível de informações sobre o que foi feito, como foi feito e os resultados alcançados. A elaboração dos relatórios deve seguir as normas da ABNT. Apresentaremos a seguir um modelo básico de organização para o relatório. Um relatório deve conter as seguintes partes: Apresentação 2 1. Identificação: deve consistir em uma capa com a indicação clara do título do trabalho, os nomes dos componentes do grupo, a turma de laboratório, que está realizando o experimento, com a respectiva disciplina e a data da realização da experiência. 2. Introdução: deve-se expor, nesta parte, o contexto do trabalho, a importância do tema, uma pequena contextualização histórica, a teoria envolvida, as correlações com outros assuntos, as fórmulas que serão apresentadas nos resultados e, se possível, imagens fotográficas ou figuras do desenvolvimento do experimento. Pesquise em outros livros e em outras fontes para a elaboração da sua introdução. 3. Objetivos: nesta parte, deve-se apresentar, de forma bem sucinta, os objetivos do trabalho. Podem ser objetivos gerais e específicos. UESC Módulo 6 I Volume 5 19

20 Laboratório de Física IV 4. Materiais e Métodos: esta parte é dedicada à apresentação dos materiais e equipamentos utilizados (apresente todos utilizados), uma descrição do arranjo experimental montado e uma explicação minuciosa do procedimento experimental adotado. É aconselhável mostrar um esboço do aparato utilizado, para facilitar a compreensão do leitor. Fotografe, se possível, os materiais utilizados. 5. Resultados e Discussão: nesta parte, é apresentada, primeiramente, uma tabela com os dados obtidos. Em seguida, vêm os cálculos, gráficos e discussões. É importante salientar que é obrigatória a apresentação das equações utilizadas, de forma que todos os valores apresentados possam ser recalculados pelo leitor. Não serão considerados resultados apresentados sem a devida explicação. 6. Conclusões: esta parte é dedicada à apresentação sucinta dos principais resultados e das conclusões obtidas no trabalho. A conclusão deve estar de acordo com os objetivos do experimento. 7. Bibliografia: todo relatório deve conter uma bibliografia, onde são listadas todas as referências consultadas. É importante que a lista de referências tenha uma formatação uniforme e que sejam apresentadas as informações essenciais. ATENÇÃO Vide manual de normas técnicas disponível na página da uesc/ead 20 Física EAD

21 INTRODUÇÃO À ÓPTICA GEOMÉTRICA aula1

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23 Introdução à óptica geométrica 1 INTRODUÇÃO À ÓPTICA GEOMÉTRICA 1.1 Elementos históricos da óptica Geométrica e Física Apresentação 2 A óptica é um ramo da física que estuda a propagação da luz e sua interação com a matéria. Para que possamos entender os princípios estudados sobre este tema, uma longa jornada foi percorrida e este percurso gerou um contexto histórico bastante complexo. Alguns pontos merecem destaque maior, pois estão ligados às ideias sobre a natureza da luz (corpuscular ou ondulatória) e aos caminhos paralelos que a óptica e o eletromagnetismo desenvolvidos por Maxwell trilharam durante séculos. O primeiro grande passo da óptica ocorreu durante o século XVII, quando houve um desenvolvimento significativo da sua formulação matemática, o que possibilitou a explicação dos fenômenos observados até então. Robert Hooke ( ) refez os experimentos de Grimaldi sobre difração e observou padrões de interferência (coloridos) em filmes finos. Ele concluiu, corretamente, que o fenômeno observado devia-se à interação entre a luz refletida nas duas superfícies do filme, e propôs que a luz originava-se de um movimento ondulatório rápido no meio, propagando-se a uma velocidade muito grande. Surgiam, assim, as primeiras ideias a respeito da teoria ondulatória. Isaac Newton ( ) realizou experimentos de dispersão num prisma, em 1665, que o levou à conclusão sobre a composição espectral da luz branca. Ele reforçou a teoria corpuscular que afirmava que a luz é composta de corpos muito pequenos, emitidos por substâncias brilhantes. Esta teoria permaneceu como única até a sua morte. O início do século XIX presenciou o ressurgimento da teoria ondulatória, quando Thomas Young ( ), entre UESC Módulo 6 I Volume 5 23

24 Laboratório de Física IV 1801 e 1803, propôs o princípio da superposição e com ele explicou o fenômeno de interferência em filmes finos. Finalmente, no século XX, temos o início da óptica quântica, onde quantiza-se o campo eletromagnético, aparecendo assim o fóton. Com esta teoria existe o tratamento da interação entre fótons e átomos e explica-se, detalhadamente, o funcionamento do laser. 24 Física EAD

25 Princípios da óptica geométrica 1 experimento 1 Experimento PRINCÍPIOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA OBJETIVO Apresentar aos graduandos os princípios da óptica geométrica. UESC Módulo 6 I Volume 5 25

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27 Princípios da óptica geométrica 1 INTRODUÇÃO Vamos iniciar o nosso estudo da óptica a partir dos princípios da óptica geométrica, que são apresentados da seguinte forma: Propagação Retilínea da Luz: Em um meio homogêneo e transparente, a luz sempre se propaga em linha reta. Esta linha reta é chamada de raio de luz. Independência dos Raios de Luz: Quando dois raios de luz se cruzam, um não interfere na trajetória do outro, ou seja, cada um se comporta como se o outro não existisse. Reversibilidade dos Raios de Luz: Se revertermos o sentido de propagação de um raio de luz, ele continua a percorrer a mesma trajetória, em sentido contrário. 1 Experimento Não é necessário entrar em maiores detalhes sobre os princípios da óptica geométrica, pois estes conteúdos já foram contemplados na disciplina de Física IV. ATIVIDADE Materiais utilizados: - Dois recortes quadrados de papelão com um furo central. - Duas ponteiras laser de cores diferentes. - Um espelho plano. - Uma fita crepe para fixação. UESC Módulo 6 I Volume 5 27

28 Laboratório de Física IV 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a) Num ambiente, de preferência pouco iluminado, fixe os dois recortes de papelão com os furos a mesma altura; b) com uma ponteira laser, incida o raio luminoso num dos furos de forma que chegue ao outro furo; c) observe que os furos são pontuais. Assim dois pontos definem uma reta; d) pegue as duas ponteiras laser: a verde e a vermelha; e) cruze os dois feixes de luz, de forma que incidam em anteparos diferentes. Observe a cor em cada anteparo e tire suas conclusões. f) E, finalmente, utilize o espelho plano da seguinte forma: pegue uma das ponteiras laser e incida um raio de luz num dos furos de papelão por reflexão. g) Elabore um relatório para o experimento. 28 Física EAD

29 Suas anotações

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31 Construindo uma câmara escura 2 experimento 2 Experimento CONSTRUINDO UMA CÂMARA ESCURA OBJETIVOS Apresentar aos graduandos uma forma de construir uma câmara escura. Verificar a região onde será projetada a imagem e caracterizá-la. Mudar a distância ao anteparo e verificar o que ocorre com a imagem, comparando com as máquinas fotográficas antigas e ao olho humano. UESC Módulo 6 I Volume 5 31

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33 Construindo uma câmara escura 1 INTRODUÇÃO Uma câmara escura de orifício consiste em uma caixa de paredes totalmente opacas; sendo que, no meio de uma das faces, existe um pequeno orifício. Ao colocar-se um objeto o, com uma determinada altura H, de frente para o orifício, a uma distância D, nota-se que aparecerá uma imagem projetada, de tamanho h, que aparece na face oposta da caixa, a uma distância d, mas de forma invertida. Sendo a equação da câmara escura: H D h = d 2 Experimento ATIVIDADE Materiais utilizados: - Uma caixa de sapatos. - Uma tesoura. - Uma folha de papel manteiga. - Um tubo de cola. UESC Módulo 6 I Volume 5 33

34 Laboratório de Física IV 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a) Abra a caixa de sapatos; b) cole a folha de papel manteiga numa das faces internas da caixa, de forma que fique com o lado oposto ao um furo central na outra face; c) recorte a lateral da caixa com um formato retangular pequeno, de forma que você possa ver através dela com uma aba que abre e fecha; d) faça um pequeno furo na face oposta ao papel manteiga com a ponta da tesoura; e) num ambiente iluminado, com a caixa totalmente fechada, vire o furo da caixa para um objeto distante, tipo uma árvore, um poste ou até mesmo um colega seu; f) olhe através do recorte lateral, sem deixar passar muita luminosidade, na direção do papel manteiga. Explique como a imagem está sendo vista; g) repita o procedimento para diferentes distâncias e veja o que acontece. Faça, também, para uma vela acesa próxima ao furo. Tome cuidado com o fogo próximo à caixa de sapatos. h) Elabore um relatório para o experimento. 34 Física EAD

35 Construindo uma câmara escura Suas anotações Experimento UESC Módulo 6 I Volume 5 35

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37 Associando espelhos planos 3 experimento 3 ASSOCIANDO ESPELHOS PLANOS Experimento OBJETIVOS Observar o número de imagens produzidas quando dois espelhos estão associados entre si. Medir o ângulo associado entre os espelhos planos, calcular o número de imagens produzidas e comparar com o resultado experimental. Resolver o problema proposto matematicamente e verificar o resultado experimentalmente. UESC Módulo 6 I Volume 5 37

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39 Associando espelhos planos 1 INTRODUÇÃO A associação de espelhos planos ocorre quando um feixe de luz refletida por um espelho E A atinge outro espelho E B, formando assim uma combinação de imagens refletidas. Esta associação pode ser em paralelo (formando infinitas imagens) ou angular (formando imagens conforme o ângulo). O cálculo do número de imagens é definido pela seguinte fórmula: 3 Onde N corresponde ao número de imagens produzidas, e α é o ângulo formado entre os espelhos. Experimento ATIVIDADE Materiais utilizados: - Dois espelhos planos. - Um transferidor. - Uma fita isolante. - Um objeto para colocar entre os espelhos. UESC Módulo 6 I Volume 5 39

40 Laboratório de Física IV 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a) Com o auxílio da fita isolante, una um espelho plano ao outro, de forma que você possa abrir e fechar os espelhos; b) coloque os espelhos sobre um transferidor; c) coloque um objeto entre os espelhos e manipule o ângulo à vontade, observando sempre as imagens que aparecem nos espelhos; d) defina alguns ângulos para observar um número específico de imagens (tipo: 0º, 10º, 20º, etc.); e) fotografe (pode ser com o celular) o seu experimento e anexe ao relatório; f) resolva o seguinte problema: Dois espelhos planos formam, entre si, um determinado ângulo. Calcule esse ângulo, sabendo que, reduzindo-o 10º, o número de imagens produzidas pelo sistema de um dado objeto é aumentado de 6. g) Verifique, experimentalmente, o problema proposto. h) Elabore um relatório detalhado para o experimento. 40 Física EAD

41 Suas anotações

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43 Construindo um periscópio 4 experimento CONSTRUINDO UM PERISCÓPIO 4 Experimento OBJETIVO Construir um periscópio para fazer observações de pontos fora de alcance vertical ou lateral. UESC Módulo 6 I Volume 5 43

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45 Construindo um periscópio 1 INTRODUÇÃO Uma forma básica de construir um periscópio é através de dois espelhos planos, paralelos entre si, a certa distância um do outro (essa distância está associada a sua necessidade). Um feixe luminoso atinge o primeiro espelho, que o reflete para o segundo espelho; em seguida, os feixes são novamente refletidos para o observador. O trajeto completo da luz tem a forma aproximada da letra Z. Os periscópios são acessórios fundamentais dos submarinos, usados para captar imagens acima da água. Experimento 4 ATIVIDADE Materiais utilizados: - Dois espelhos planos. - Cola. - Dois joelhos de PVC do tamanho dos espelhos planos. - Três pedaços de cano de PVC (dois pequenos e um maior). UESC Módulo 6 I Volume 5 45

46 Laboratório de Física IV 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a) Cole os espelhos planos na parte interna dos joelhos de PVC, de forma que fique um ângulo de, aproximadamente, 45º; b) junte os joelhos com as partes restantes, conforme figura anterior; c) fotografe (pode ser com o celular) o seu periscópio e anexe ao relatório; d) não use o seu periscópio apontando para o Sol; e) elabore um relatório detalhado para o experimento. 46 Físca EAD

47 Suas anotações

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49 Construindo uma fibra óptica com água 5 experimento CONSTRUINDO UMA FIBRA ÓPTICA COM ÁGUA 5 Experimento OBJETIVO Construir um dispositivo que funcione como uma fibra óptica, usando a água como meio refringente. UESC Módulo 6 I Volume 5 49

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51 Construindo uma fibra óptica com água 1 INTRODUÇÃO Reflexão Total Quando o ângulo de incidência ou de refração for maior do que um determinado ângulo limite (L), o raio de luz incidente, do meio mais refringente para o meio menos refringente, sofre uma reflexão total. Uma aplicação da reflexão total é a fibra óptica, que é usada nos sistemas de comunicação e na medicina para examinar internamente o corpo humano. Ela é constituída de um fio de material muito fino (quartzo - 1/10 mm de diâmetro), figura (a). Quando um feixe de luz penetra em uma fibra óptica sofre múltiplas reflexões totais nas paredes internas, fazendo com que a luz seja conduzida ao longo de uma trajetória qualquer, figura (b). Experimento 5 ATIVIDADE Materiais utilizados: Uma ponteira laser. Uma garrafa PET, com um furo na sua base, com água e tampada, de preferência, com mais de 2 litros. Um balde de plástico. UESC Módulo 6 I Volume 5 51

52 Laboratório de Física IV 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a) Num ambiente com pouca luminosidade, coloque a garrafa PET na beirada de uma mesa; b) mire a ponteira laser no furo, por trás da garrafa; c) abra a tampa para que a água escoe pelo furo e caia dentro do balde; d) mantenha o laser apontado para o furo em direção a água que está saindo pelo mesmo. Cuidado para não mirar o laser nos olhos; e) observe o comportamento do laser na água que está escoando no balde, tire suas conclusões; f) fotografe (pode ser com o celular) de diferentes posições o escoamento da água e o feixe de luz aprisionado. Faça um desenho esquemático, conforme figura (c) abaixo; g) elabore um relatório para o experimento. (c) 52 Física EAD

53 Suas anotações

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55 Fazendo um copo de vidro desaparecer 6 experimento FAZENDO UM COPO DE VIDRO DESAPARECER Experimento 6 6 OBJETIVOS Fazer com que um copo de vidro ou pyrex desapareça quando mergulhado em óleo vegetal; Interpretar e compreender o fenômeno quando dois materiais de índice de refração iguais interagem num mesmo meio. UESC Módulo 6 I Volume 5 55

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57 Fazendo um copo de vidro desaparecer 1 ATIVIDADE Materiais utilizados: - Dois copos de vidro ou pyrex de diferentes tamanhos. - Uma garrafa com óleo. 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a) Coloque o óleo vegetal nos dois copos; b) coloque o copo menor dentro do copo maior e veja o que acontece; c) fotografe (pode ser com o celular) o que está sendo observado durante o experimento, conforme a figura (d); d) elabore um relatório para o experimento. 6 (d) Experimento 6 UESC Módulo 6 I Volume 5 57

58 Suas anotações

59 Determinando o índice de refração utilizando a lei de snell 7 experimento DETERMINANDO O ÍNDICE DE REFRAÇÃO UTILIZANDO A LEI DE SNELL 7 OBJETIVOS Experimento Determinar o índice de refração de um material isotrópico, homogêneo e transparente. Determinar o ângulo de refração para um ângulo qualquer de incidência. UESC Módulo 6 I Volume 5 59

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61 Determinando o índice de refração utilizando a lei de snell 1 INTRODUÇÃO A refração ocorre quando um raio de luz atravessa um par de meios transparentes, sofrendo, obrigatoriamente, uma alteração na sua velocidade de propagação. Pode haver, ou não, um desvio na trajetória de propagação da luz. A refração da luz que se propaga pelos dois meios transparentes é dada pela equação de Snell-Descartes: N A. sen i = N B. sen r Não há necessidade de maiores detalhes sobre o assunto, pois o tema já foi trabalhado na disciplina de Física IV - teórica. ATIVIDADE Materiais utilizados: - Um material sólido, isotrópico, homogêneo e transparente. - Uma ponteira laser. - Uma folha de papel ofício. - Dois transferidores. 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 7 a) Coloque o material transparente sobre uma folha de papel ofício num ambiente com pouca luminosidade; b) incida o raio de luz da ponteira laser sobre o material transparente segundo um ângulo α em relação à normal. Verifique este ângulo com o seu transferidor; c) com o auxílio do outro transferidor, verifique o ângulo formado com o raio refratado e o normal; d) utilize a lei de Snell-Descartes para determinar o índice de refração do meio material; e) repita o experimento com outro ângulo. Confirme o índice de refração encontrado anteriormente; Experimento UESC Módulo 6 I Volume 5 61

62 Laboratório de Física IV f) fotografe (pode ser com o celular) os resultados obtidos e faça um desenho esquemático para cada caso; g) elabore um relatório para o experimento. 62 Física EAD

63 Suas anotações

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65 Usando lentes corretivas para os defeitos da visão 8 experimento USANDO LENTES CORRETIVAS PARA OS DEFEITOS DA VISÃO 8 OBJETIVO Verificar como é feita a correção dos defeitos da visão, utilizando lentes convergentes e divergentes. Experimento UESC Módulo 6 I Volume 5 65

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67 Usando lentes corretivas para os defeitos da visão 1 INTRODUÇÃO A parte da física que estuda o comportamento dos raios luminosos no globo ocular é conhecida como óptica da visão. Para um melhor entendimento deste assunto, é necessário conhecer e estudar, previamente, a estrutura e o formato do olho humano. Nossos olhos são constituídos de meios transparentes que permitem os raios luminosos chegarem à retina, onde a imagem é formada. Neste estudo, é importante compreender a função das partes mais importantes na formação da imagem no globo ocular, conforme a figura a seguir: O cristalino funciona como uma lente convergente. A pupila funciona como um diafragma que controla a quantidade de luz que entra no olho. A retina é a parte do olho que é sensível à luz. É nesta região que se formam as imagens. Para que o olho consiga formar uma imagem com nitidez, um objeto é focalizado variando-se a forma do cristalino. Esse processo é chamado de acomodação visual. Então, o sistema óptico do globo ocular forma uma imagem real e invertida no fundo do olho, precisamente na retina. Como esta região é sensível à luz, as informações luminosas são transformadas em sinais elétricos que se propagam pelo nervo óptico até o centro da visão, no cérebro, que trata de decodificar estes sinais elétricos e nos mostrar a imagem do objeto focalizado. 8 Experimento UESC Módulo 6 I Volume 5 67

68 Laboratório de Física IV ATIVIDADE Materiais utilizados: - Uma lente biconvexa, para representar o cristalino do olho humano. - Lentes convergentes (bordas finas). - Lentes divergentes (bordas grossas). - Uma ponteira laser. - Uma folha com a representação esquemática do olho humano com pontos de miopia e hipermetropia. 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a) Sobre a folha com a representação esquemática do olho humano, coloque a lente biconvexa para representar o cristalino; b) com a ponteira laser incida o raio de luz sobre a lente biconvexa, de forma que ocorra um desvio da luz para um ponto, sobre o eixo principal, que anteceda a representação da retina; c) coloque as lentes convergentes e divergentes, uma de cada vez, verifique qual delas é capaz de projetar o ponto para mais perto da retina; d) qual o defeito da visão observado na situação anterior? e) Repita o procedimento anterior, mas agora o ponto que intercepta o eixo principal deverá ser encontrado depois da retina; f) coloque as lentes convergentes e divergentes, uma de cada vez, verifique qual delas é capaz de projetar o ponto para mais perto da retina; g) qual o defeito da visão observado na situação anterior? h) Fotografe (pode ser com o celular) o esquema montado para representar os defeitos da visão; i) elabore um relatório para o experimento. 68 Física EAD

69 Suas anotações

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71 Visualizando a teoria ondulatória da luz 9 experimento VISUALIZANDO A TEORIA ONDULATÓRIA DA LUZ OBJETIVOS Verificar os padrões de interferência no experimento da dupla fenda de Young. Calcular o comprimento de onda da fonte luminosa laser. Verificar se o resultado obtido é compatível com a cor da ponteira laser utilizada. 9 Experimento UESC Módulo 6 I Volume 5 71

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73 Visualizando a teoria ondulatória da luz 1 INTRODUÇÃO O efeito de interferência de ondas luminosas provenientes de duas fontes foi inicialmente demonstrado por Thomas Young em Um diagrama esquemático do experimento realizado por Young será mostrado na figura abaixo. Ondas luminosas planas incidem sobre o obstáculo que contém duas fendas paralelas S 1 e S 2. Estas duas fendas servem como um par de fontes coerentes de luz, já que as ondas que as atravessam originaram-se da mesma frente de onda e, portanto, possuem uma relação de fase constante. A luz proveniente de S 1 e S 2 produz no anteparo um padrão visível de bandas claras e escuras, chamadas franjas de interferência, correspondentes, respectivamente, aos máximo e mínimo na intensidade da luz. Quando a luz emitida por S 1 e por S 2 atinge um ponto na tela de tal forma que uma interferência construtiva ocorre, observamos uma franja clara. Quando a luz, proveniente das duas fendas, combina-se destrutivamente em um ponto da tela, observamos uma franja escura. Experimento 9 UESC Módulo 6 I Volume 5 73

74 Laboratório de Física IV ATIVIDADE Materiais utilizados: - Uma ponteira laser. - Um transferidor. - Uma fita métrica ou uma trena. - Uma tela opaca com duas fendas muito estreitas. Fonte: Fotografia obtida pelo autor em laboratório da Universidade Federal de Uberlândia no ano de PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a) Montar o experimento conforme a figura anterior; b) medir as dimensões D e y (observe qual o máximo você está medindo para saber o valor de n); c) medir o ângulo θ; d) saber qual a distância entre as fendas; e) fotografar o experimento, principalmente o que está sendo projetado na tela ou anteparo. A imagem no anteparo deve ser parecida com a fotografia a seguir: f) elaborar um relatório para o experimento. 74 Física EAD

75 Suas anotações

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77 Construindo um experimento diferente 10 experimento CONSTRUINDO UM EXPERIMENTO DIFERENTE OBJETIVO GERAL Neste momento, o aluno deverá ser capaz de elaborar um experimento diferente dos anteriores, que envolva os princípios da óptica e o conhecimento sobre a interação de fótons e elétrons, com objetivos, introdução teórica, material utilizado e procedimento experimental. O experimento deverá ser apresentado em aula. Após a apresentação, o aluno deverá entregar um relatório do experimento com fotos do mesmo em funcionamento. 10 Experimento UESC Módulo 6 I Volume 5 77

78 Laboratório de Física IV BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA TIPLER, Paul A; MOSCA, Gene. FÍSICA para Cientistas e Engenheiros Volume 2 Eletricidade e Magnetismo, Óptica. Rio de Janeiro: Ed. LTC, ZEMANSKY, Sears; FREEDMAN, Young E. Física IV Ótica e Física Moderna. 10. ed.local: Ed. Addisson Wesley, HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física Volume 4. Ed. LTC: Rio de Janeiro, SERWAY, Raymond A; JEWETT Jr, John W. Princípios de Física Volume 4 Óptica e Física Moderna. São Paulo: Ed. Thomson, YOUNG, Hugh D; FREEDMAN, Roger A; SEARS. Física IV - Ótica e Física Moderna. 12. ed. Local: Editora Addison Wesley, NUSSENZVEIG, H Moysés. Curso de Física Básica 4 ótica, Relatividade e Física Quântica. São Paulo: Ed Edgard Blücher, Alonso; Finn. Física um Curso Universitário Volume II Campos e Ondas. São Paulo: Ed Edgard Blücher, Física EAD

79 Suas anotações