Introdução às Ciências Físicas Módulo 1 Aula 1

Transcrição

1 Prática 1 As ativiaes experimentais escritas a seguir foram elaoraas com a finaliae e esenvolver sua capaciae e propor moelos para escrever fenômenos naturais. Experimento 1 Propagação a luz num meio homogêneo Experimento 2 Emissão e luz por iferentes fontes Experimento 3 Oservação e passagem e luz através e fenas estreitas Experimento 4 Interação a luz com a matéria Experimento 5 A ispersão a luz O equipamento necessário à realização esses experimentos é uma caixa escura com acessórios, como mostra a fotografia a Figura 1, isponível para uso no laoratório e Física o pólo. No pólo, você conta tamém com o apoio e tutores e a colaoração e outros colegas. Figura 1 caixa escura fonte 1 com lâmpaas pequenas e e filamento linear fonte 2 com lâmpaa e aertura estreita máscara, figuras imantaas, anteparo prisma Física 16 CEDERJ

2 Ao começar caa um os experimentos, leia os seus ojetivos. Certifique-se e ter isponível too o material a ser utilizao. Comece a ler a ativiae experimental proposta. A intenção é que você a realize passo a passo, como sugere o texto. Registre cuiaosamente em seu caerno e laoratório tuo o que você está fazeno. Por exemplo, se houver alguma alteração na montagem proposta na Figura 2, escreva-a. Anote tuo, pois você não sae exatamente o que vai precisar epois, e pererá muito tempo se tiver que refazer too o experimento por causa e um pequeno etalhe esquecio. Siga as instruções passo a passo. Leia, quano for necessário, e rapiamente, os textos sore incertezas em meias experimentais e sore uniaes e meias esses assuntos serão iscutios em maior etalhe e cuiao ao longo o curso. Ao final o traalho e caa experimento, esoce uma pequena conclusão. Discuta suas conclusões com o tutor e com seus colegas. A seguna aula conterá textos com iscussões referentes aos resultaos e às oservações feitas por você nesses experimentos. Física 17 CEDERJ

3 Experimento 1 Propagação a luz num meio homogêneo Ojetivo Construir um moelo e propagação a luz a partir as oservações realizaas. Material utilizao! caixa escura! máscaras! fonte e luz 1! figuras imantaas! régua Ativiae experimental Na fonte luminosa 1 (veja a Figura 1), existem uas tomaas: uma para ligar a lâmpaa com filamento linear e outra para ligar os eliminaores e pilha (use-os na tensão e 4,5 V) que alimentam as lâmpaas pequenas. Ligue na ree elétrica os eliminaores e pilha. Conecte, com terminais e tipo jacaré, um os carregaores e pilha à lâmpaa L 1. Coloque a fonte com a lâmpaa L 1 acesa na frente a máscara com um orifício circular e iâmetro = 1 cm, como na Figura 2. O lao plano a fonte 1 eve ficar paralelo ao plano a máscara. Alinhe o centro e L 1 usano uma reta perpenicular à máscara e que passa pelo centro o círculo, como inica a Figura 2. Escureça ao máximo a sala e laoratório. Figura 2 Física 18 CEDERJ

4 Primeira parte Coloque a lâmpaa L 1 a uma istância e cerca e 15 cm a máscara com orifício circular (a 15 cm) e o anteparo a uma istância e cerca e 55 cm a máscara ( 55 cm). Oserve através a janela a região iluminaa no anteparo, que será enominaa mancha luminosa. Ara a porta lateral a caixa e use os preneores localizaos em sua parte superior para fixá-la. Você tem à sua isposição várias figuras geométricas imantaas, com formas circulares. Escolha uma elas e tente corir exatamente a mancha luminosa com a figura. Verifique, variano a istância entre o anteparo e a máscara, se o centro a figura imantaa e o centro a mancha luminosa mantêm-se coincientes. Se isto não ocorrer, mue a posição a máscara até oter um alinhamento razoável. Retorne o anteparo para a posição em que 55 cm. Oserve que é importante uma corresponência quase exata entre a mancha luminosa e a figura, e para isto talvez seja necessário eslocar ligeiramente o anteparo. Meça: a a istância entre a fonte luminosa e a máscara; a istância entre a máscara e o anteparo; o iâmetro o orifício circular a máscara; D o iâmetro a figura imantaa que você usou. Anote estes resultaos na primeira linha a Taela 1. Nesta taela, δ a, δ, δ e δ D corresponem às incertezas nas meias que você fez para as granezas a,,, D respectivamente. Essas incertezas são incertezas e leitura o instrumento e meia, e expressam a faixa e valores entre os quais você espera ter uma grane proailiae e encontrar o seu resultao. Taela 1 meias (cm) cálculos (cm) Uniaes e meia: leia o Complemento 2 incerteza numa meia: leia o Complemento 3 e iscuta com o tutor a δ a δ δ D δ D L L max L min Física 19 CEDERJ

5 Seguna parte A figura imantaa que você colocou no anteparo é uma figura circular. A luz só penetra na caixa através o orifício circular a máscara. A forma a mancha luminosa oservaa poe ser explicaa pelo menos e uas formas: imaginano-se que toos os raios luminosos se propagam em linha reta a partir a fonte, como na Figura 3, ou que se encurvam à meia que se afastam o centro o orifício (ou mesmo a fonte), como na Figura 3. A hipótese mais simples é que a propagação é em linha reta e é por esta que vamos começar. Figura 3a - propagação retilínea Figura 3 propagação curvilínea a a L L fonte luminosa fonte luminosa Se a propagação é retilínea, poemos prever o tamanho a mancha luminosa. Oserve a Figura 3a: fazemos nela uma representação esquemática a fonte, a máscara e o anteparo. Com os seus conhecimentos e geometria (semelhança e triângulos) verifique a fórmula que relaciona o iâmetro (previsto) L a mancha luminosa com as istâncias a e e o iâmetro o orifício (Figura 3a): L = ( a + ) = 1 + a a O valor calculao para L é um valor otio a partir e outras granezas experimentais meias:,, a. Portanto, esse não é um valor, mas eve ser expresso como uma faixa e valores. Para estimar que faixa é esta, você poe pensar em termos e valores máximo e mínimo que L poe ter, epeneno os valores máximos e mínimos que a, e poem ter isto é, as faixas e valores as granezas meias a, e. Uma possiiliae para essa estimativa é calcular Em caso e úvia sore incertezas experimentais, consulte e novo o Complemento 3 Física 20 CEDERJ

6 + δ ( ) L = + δ 1+ a δ e ( ) δ max a L = min δ 1+ a + δ a Você poeria pensar no porquê essa sugestão e estimativa? Uma iscussão mais cuiaosa sore incertezas experimentais vai ser feita e melhoraa ao longo esta e as emais isciplinas o curso. Escreva os valores calculaos na Taela 1. Terceira parte Repita esse proceimento mais três vezes, manteno fixa a istância a 15 cm e variano a istância entre aproximaamente 30 cm e 50 cm. Anote toas as meias na Taela 1, e lemre-se e que elas evem ser expressas numa uniae escolhia por você sugerimos o centímetro (o centésimo o metro). Complete a Taela 1. Quarta parte A partir as oservações e meias feitas e apresentaas na Taela 1, compare o valor e D meio com o valor e L calculao. Lemre que o que você está comparano são faixas e valores, e portanto, é necessário apenas que os valores sejam compatíveis (e não iguais). Esses valores são compatíveis com a hipótese a propagação retilínea os raios e luz? Com isso, você tem um moelo capaz e escrever suas oservações e meias realizaas: como a luz emitia por fontes pequenas se propaga em um meio homogêneo e isotrópico (por exemplo o ar, a água etc.). Escreva-o em seu caerno. HOMOGÊNEO Consulte o glossário Sempre que você encontrar uma palavra esconhecia ou curiosa, consulte o glossário ou um icionário; para um físico, isotrópico é uma palavra que tem um significao em preciso. Física 21 CEDERJ

7 Quinta parte Você construiu um moelo para a propagação a luz aseao em um conjunto pequeno e oservações experimentais. Para que este moelo seja consierao um moelo físico, é necessário que ele tamém explique a propagação a luz em outras situações. Vamos fazer outras oservações. Sem mover a caixa escura e sem trocar a máscara, oserve o que acontece se: a) a lâmpaa L 1 for apagaa e a lâmpaa L 2 for acesa; ) a lâmpaa L 2 for apagaa e a lâmpaa L 3 for acesa. Faça apenas oservações qualitativas, sem construir uma taela análoga à Taela 1. Use as inicações a Figura 4. O que ocorre (experimente!) se você trocar a forma a máscara? Figura 4 Suas oservações poeriam ser explicaas com o moelo e propagação retilínea a luz? Física 22 CEDERJ