Física 3 Óptica.

Transcrição

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2 Refração: asectos gerais DEFINIÇÃO REFRAÇÃO Mudaça de meio de roagação da luz, com cosequete mudaça de velocidade. A refração ão é o desvio, é a mudaça de meio de roagação. O desvio ode ou ão ocorrer. N N Icidêcia ormal: sem desvio Icidêcia oblíqua: com desvio

3 Refração: asectos gerais Icidêcia oblíqua: com desvio Refrigêcia é a dificuldade que o meio oferece à roagação da luz. DEFINIÇÃO Quado o raio refrata e sofre desvio aroximado-se da direção ormal (i > r), a sua velocidade de roagação dimiui. V B < V A O raio assou do meio meos a o meio mais refrigete.

4 Refração: asectos gerais Icidêcia oblíqua: com desvio Refrigêcia é a dificuldade que o meio oferece à roagação da luz. DEFINIÇÃO Quado o raio refrata e sofre desvio afastado-se da direção ormal (i < r), a sua velocidade de roagação aumeta. V B > V A O raio assou do meio mais a o meio meos refrigete.

5 VELOCIDADE DESVIO Física 3 Ótica Refração: ídice de refração Como odemos medir a refrigêcia de um meio material? Pelo ídice de refração absoluto do meio! DEFINIÇÃO Refrigêcia é a dificuldade que o meio oferece à roagação da luz. DEFINIÇÃO c = m/s = km/s (velocidade da luz o vácuo) Observações Em qualquer outro meio material a velocidade da luz será meor do que c. E deederá da cor (ou frequêcia da luz) sedo maior a o vermelho e meor a o violeta. Quado da icidêcia oblíqua, a cor que sofre meor desvio é o vermelho e o maior desvio é o violeta. No vácuo, todas as cores do esectro visível, do vermelho ao violeta, viajam com a mesma velocidade c. Logo, vácuo = c/c = 1,0. No, todas as cores viajam com velocidade ligeiramete abaixo de c. 1,0. Qualquer outro meio material terá meio > 1,0 com valores diferetes a cada cor.

6 Refração: ídice de refração Exercício 1 a) A c V A m 8 3,0 10 sm 3,0 8 1,2 10 1,2 s 2,5 B c V B m 8 3,0 10 sm 3,0 8 2,0 10 2,0 s 1,5 Observações Como as uidades de velocidade do umerador e do deomiador se cacelam, o ídice de refração é uma gradeza adimesioal. Pelos cálculos acima, A > B. Logo, o meio A é mais refrigete que o meio B. Isso já era evidete elo euciado orque, como a velocidade de roagação da luz o meio A é meor do que a velocidade de roagação da luz o meio B, é mais fácil a a luz atravess o meio B do que o meio A. b) A,B outro modo A,B A B A B 2,5 1,5 c V c V A B 1,67 c V A V c B V V B A A,B A B V V B A m 8 2,0 10 sm 1,67 8 1,2 10 s

7 Refração: Leis Primeira lei da refração: O raio icidete, o raio refratado e a reta ormal são colaes. Seguda lei da refração (Sell-Desctes): A.sei = B.ser RESTRIÇÃO DE PLANOS RESTRIÇÃO DE ÂNGULOS Toda e qualquer refração semre está de acordo com as duas leis!!!

8 Refração: Leis Um raio de luz moocromática (I), ao tet atravess a froteira etre o e um cristal, sofre reflexão (II) e refração (III) simultâeas. A figura ao lado ilustra a situação. O ídice de refração do cristal vale 1,73. Calcule: a) Os âgulos a e b (âgulos de icidêcia e de reflexão, resectivamete). b) O âgulo f (âgulo de refração). c) Os âgulos g e d (âgulos de desvio a reflexão e a refração, resectivamete). (I) 30 o cristal a N b d f g Extra 1 (III) (II) Resolução a) a (âgulo de icidêcia) é comlemet de 30 º o o o : a a o a 60 o b é o âgulo de reflexão. Pela Seguda Lei da Reflexão: b a b 60 o o b) Pela Lei de Sell-Desctes: sea se 1 se60 1,73 se se se 30 o 2 2 c) Meia volta (180 o ): a b g 180 o o o o o o g 180 g g 60 o cristal Âgulos OPV: o o o o a d 60 d d d 30 o

9 Refração: Leis Exercício 2 Raio icidete e raio refletido estão o mesmo meio, em quadrates lado a lado em relação à ormal. Raio icidete e raio refratado estão em meios diferetes, em quadrates diagoais. N Etre b e c: um deles é o icidete e o outro o refletido. Etre b e a: um deles é o icidete e o outro o refratado. b é o icidete. c é o refletido. a é o refratado. Resosta: B

10 Refração: Leis Exercício 3 INCIDENTE REFRATADO NÃO CONVENCIONAL b) V c V m s m s REFLETIDO REFRATADO CONVENCIONAL ,25 10 a) O raio de luz E areseta uma trajetória que ão seria ossível em um material covecioal. 1 se1 2 se2 1,8 se30 o 2 se ,4 1,8 2 0, ,9 0,9 2 0,7 2 1,3 0, , , , V m s o

11 Refração: Leis A grafiha ivisível

12 Refração: Âgulo Limite Último raio que refrata e reflete Último raio que refrata e reflete

13 Refração: Âgulo Limite sel se90 o sel 1 Último raio que refrata e reflete sel Último raio que refrata e reflete Coe de luz que cosegue atravess a froteira L

14 Refração: Âgulo Limite Último raio que refrata e reflete sel meor maior Último raio que refrata e reflete Meio 1 ( meor ) Meio 2 ( maior ) Coe de luz que cosegue atravess a froteira L

15 Refração: Âgulo Limite Codições a acotecer REFLEXÃO INTERNA TOTAL: 1. Luz ir do meio MAIS a o meio MENOS refrigete; 2. i > L sel meor maior Meio 1 ( meor ) Meio 2 ( maior ) Coe de luz que cosegue atravess a froteira L

16 Refração: Âgulo Limite Exercício 4 I. Na situação aresetada, coclui-se que 0 > 1,45 1. Resolução L se sel 2 2 meor maior o se o sel o o o o 1,41 1 o 2 1

17 Refração: Âgulo Limite Exercício 4 II. Com relação aos raios refletidos, o camiho ótico ercorrido elo raio de luz vermelho é suerior em 66% ao ercorrido elo raio de luz azul. Resolução x d0 d0 x d 0 d x 2d0 x 2d0 Svermelho 2x 2 2d0 S d 0 vermelho 2 2 S vermelho 2 2 S 2 azul S 1,41 S vermelho azul d 0 vermelho Sazul 2d0 S 2 azul S 2 S azul Svermelho 1 Sazul 0,41 Sazul Observação: há um adrão que se reete e está destacado acima elo triâgulo em amelo Svermelho Sazul Sazul DS vermelho suera DS azul em 41/100 (ou 41%)

18 Refração: Âgulo Limite Exercício 4 III. Se os valores dos ídices de refração do úcleo e da caa fossem trocados um elo outro, ehuma luz seria trasmitida através da fibra. Resolução Se os ídices de refração fossem ivertidos, ão oderia mais haver reflexão itera total. Mas haveria refração e reflexão simultâeas. A orção refletida da luz cotiuia sedo trasmitida ela fibra. A trasmissão seria bem meor, mas ão seria ula.

19 Refração: Diotro Plao Por que uma iscia com semre ece ser mais rasa? A imagem de qualquer oto do fudo se forma mais a cima, dado a imressão de que o fudo todo subiu! A B I O

20 Refração: Diotro Plao AB tg() i tg() i AO AB tg() r tg() r AI AB AB ' ' tg( r) tg( i) ' tg( i) tg() r AB tg() i AB ' tg( r) r A B se( i) se( r) r i I i O

21 Refração: Diotro Plao Pa âgulo equeos ( < 10 o ) vale a aroximação: ' tg( i) tg() r tg() se tg 0 0,0000 0, ,0175 0,0175 ' ( ) ( ) tg se i tg( r) se( r) 2 0,0349 0, ,0523 0, ,0698 0,0699 se( i) se( r) se() i se() r 5 0,0872 0, ,1045 0, ,1219 0, ,1392 0, ,1564 0,1584 ' ' observador objeto 10 0,1736 0,1763

22 Refração: Diotro Plao assa rovém I ' observador objeto O

23 Refração: Diotro Plao Extra 2 (Uifes) Na figura, P rereseta um eixiho o iterior de um aquário a 13 cm de rofudidade em relação à suerfície da. Um goto vê esse eixiho através da suerfície livre do aquário, olhado de duas osições: O 1 e O 2. Sedo = 1,3 o ídice de refração da, ode-se afirm que o goto vê o eixiho a uma rofudidade de a) 10 cm, de ambas as osições. b) 17 cm, de ambas as osições. c) 10 cm em O 1 e 17 cm em O 2. d) 10 cm em O 1 e a uma rofudidade maior que 10 cm em O 2. e) 10 cm em O 1 e a uma rofudidade meor que 10 cm em O 2. Pa O 1 (observação ormal): Pa O 2 : ' observador objeto ' ' 1 ' ,3 cm

24 Refração: Diotro Plao Exercício 5 Resosta: E Observação ' observador objeto ' ' 1 ' O escador (ídio) deve mir o objeto (que ão vê) e ão a imagem (que vê). Logo, deve mir ligeiramete abaixo da osição em que exerga o eixe, como dito o euciado.

25 Exercício extra Resolução Refração: Diotro Plao Na imagem vemos um eixe adado um lago erto da suerfície e um ásso que dá uma rasate sobre a. O eixe e ásso se veem. Dados: = 4/3, a = 12 cm e b = 15 cm. Determie a que distâcia da suerfície de seação /: a) O ásso vê o eixe. b) O eixe vê o ásso. ' a) observador ' objeto 15 ' 4 3 ' ' b d i 15 3 ' 15 ' 11,25 cm 4 b) ' observador objeto ' ' a Extra 3 b 4 ' 12 ' 16cm 3

26 Refração: Diotro Plao Como o eixe-queiro, que vive a mas se alimeta de isetos, sabe a ode atir? UOL Ciêcia e Saúde (foto de Scott Listead)