Lei de Snell e a Aproximação

Documentos relacionados
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS:3 CAPÍTULO 33 HALLIDAY, RESNICK. 8ª EDIÇÃO. Revisão: Campos se criam mutuamente. Prof. André L. C.

Física. Refração Luminosa ÓPTICA GEOMÉTRICA. Professor Eurico ( Kiko )

REFLEXÃO E REFRAÇÃO DA LUZ

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO UNIVERSITÁRIO NORTE DO ESPÍRITO SANTO

Fenómenos ondulatórios

Aula 3 - Ondas Eletromagnéticas

Professora Bruna CADERNO 1. Capítulo 4. Fenômenos Ópticos: Refração, Absorção e Dispersão da Luz

1-A figura 1 a seguir mostra um feixe de luz incidindo sobre uma parede de vidro que separa o ar da água.

Física IV Aula 3 Sandro Fonseca de Souza Helena Malbouisson

ESCOLA SECUNDÁRIA FERREIRA DIAS, AGUALVA - SINTRA

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola de Engenharia de Lorena EEL

Curso Física IV º. Semestre Prof. Valdir Guimarães. Aula -1: Natureza, Reflexão e Refração da luz

Lâminas de Faces Paralelas. sen(i

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais

Exp. 3 - Espectroscopia por refração - O Prisma

FÍSICA - A ª SÉRIE P2

Relação entre comprimento de onda e frequência.

Transmissão de informação sob a forma de ondas

c= m/s Aula 9 Ótica Por Leonardo Alfonso Schmitt.

Propagação Radioelétrica 2017/II Profa. Cristina

Propagação Radioelétrica 2017/II Profa. Cristina

Interbits SuperPro Web

Introdução às Ciências Físicas Módulo 1 Aula 2

3º Trabalho de Laboratório Óptica geométrica

ONDA ELETROMAGNÉTICA

FÍSICA MÓDULO 13. Conceitos e Princípios Fundamentais da Óptica Geométrica. Professor Sérgio Gouveia

Fundamentos físicos da Sismoestratigrafia

1º trabalho de Laboratório Óptica geométrica

a) Classifique todas as imagens obtidas da esquerda para a direita, na ordem que elas aparecem:

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola de Engenharia de Lorena EEL

Cap Ondas Eletromagnéticas

Física B Extensivo V. 3

Unidade Senador Canedo Professor (a): Dhanyella Aluno (a): Série:3ª Data: / / LISTA DE FÍSICA I

Recursos para Estudo / Atividades

Física Experimental IV FAP214

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA PARAÍBA Campus Princesa Isabel. Refração da Luz. Disciplina: Física II Professor: Carlos Alberto

Física B Extensivo V. 3

Apostila 2. Capítulo 9. Refração. Página 321. Gnomo

Física. Óptica. Professor Alexei Muller.

Aula 4 Ondas Eletromagnéticas

Comprimento de onda ( l )


CSE-020 Revisão de Métodos Matemáticos para Engenharia

Física Experimental IV

Física. Física Moderna

Ótica geométrica. Num sistema ótico arbitrário, um raio de luz percorre a mesma trajetória quando o seu sentido de propagação é invertido

Física VIII Ondas eletromagnéticas e Física Moderna

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto Departamento de Física FÍSI CA II BACHARELADO EM QUÍMICA

Física IV. Sexta lista de exercícios

3 - Na figura a seguir, está esquematizado um aparato experimental que é utilizado. 1 - Dois raios de luz, um vermelho (v) e outro

Cap. 35 -Interferência A luz como onda;

FÍSICA:TERMODINÂMICA, ONDAS E ÓTICA

Raios de luz: se propagam apenas em uma. direção e em um sentido

Física 4. Guia de Estudos P1

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Instituto de Física Física Experimental IV. Relatório de atividade experimental REFRAÇÃO E REFLEXÃO

LISTA DE EXERCÍCIOS ÓPTICA: REFRAÇÃO PROF. PEDRO RIBEIRO

Lista Extra Refração de Ondas Prof. Caio

Física B Extensivo V. 3

COLÉGIO MARISTA - PATOS DE MINAS 2º ANO DO ENSINO MÉDIO Professoras: Rosimeire Borges 2ª RECUPERAÇÃO AUTÔNOMA DE FÍSICA

Física IV - Laboratório REFLEXÃO E REFRAÇÃO

Óptica IME 2016 Prova 1 com correções e resolução

3. (Ufrgs 2015) Na figura abaixo, um raio luminoso i, propagando-se no ar, incide radialmente sobe placa semicircular de vidro.

Meios transparentes Meios translúcidos Meios opacos

LUZ. A luz é uma forma de energia, que tem origem nos corpos luminosos e que se propaga em todas as direções.

I. Refração da luz. a) a refração. b) a reflexão. c) a difração. d) o arco-íris. e) a sombra.

Óptica. Aula 6 - Lentes e Instrumentos Ópticos.

Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto de Física Disciplina: Física IV-A Data: 03/07/2019. (c) I 1 = I 2.

1678: teoria ondulatória para a luz (anterior e menos completa que o eletromagnetismo de Maxwell)

Colégio XIX de Março Educação do jeito que deve ser

EO-Sumário 18. Raquel Crespo Departamento Física, IST-Tagus Park

Recuperação de Física Giovanni LISTA DE EXERCÍCIOS DE FÍSICA

Fenómenos Ondulatórios

Leis da Refração. Meio 1 - n 1. Meio 2 - n 2

Cap 23 - Ótica Geométrica

U.E.F.S DEPARTAMENTO: CIÊNCIAS EXATAS PROGRAMA DE DISCIPLINA

Aulas 1 a 3. Introdução à Ótica Geométrica

d = t sen (θ a θ b ). b

Interferência e Difração

Colégio Avanço de Ensino Programado

Jorge Gustavo Bandeira dos Santos. Unidade: 3 de março de 2013

CSE-MME-b Revisão de Métodos Matemáticos para Engenharia Edição 2012

Se um feixe de luz laser incidir em uma direção que passa pela borda da caixa, fazendo um ângulo θ com a vertical, ele só poderá iluminar a moeda se

PROFESSORA: Bárbara. c) a difração. d) o arco-íris.


a) faça o diagrama das forças que atuam sobre o garoto no ponto B e identifique cada uma das forças.

Prof. Patricia Caldana FORMAÇÃO DE IMAGENS EM LENTES ESFÉRICAS

Ondas Interferência

Capítulo 35. Interferência

LUZ. Forma de energia radiante que se propaga por meio de ondas eletromagnéticas. A velocidade da luz no vácuo é de cerca de km/s.

REFRAÇÃO DA LUZ PROFESSOR RODRIGO PENNA PRODUÇÃO E DESENVOLVIMENTO

Prof.: Raphael Carvalho

PLANO DE ENSINO. Disciplina: Física Eletricidade Ótica Carga Horária: 80h Período: 3º. Ementa

EXERCÍCIOS DA SALVAÇÃO

Introdução às Ciências Físicas Módulo 1 Aula 1

CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

onda de luz a b c d e f g h i fonte de luz raio de luz 08/04/ :57:41 3

Aula 2 Reflexão da luz e espelhos planos e esféricos

Transcrição:

Lei de Snell e a Aproximação raciano-ereira, T. Frota, D.A. Sobral Matemática Universidade Estadual Vale do Acaraú 7 de março de 2009 tarcisio@member.ams.org pré-prints da Matemática em Sobral no. 2009.03 Editor Tarcisio raciano-ereira, tarcisio@member.ams.org Resumo Este trabalho mostra como se pode, experimentalmente, comprovando a lei de Snell, associar significado à aproximação. Nele usamos idéias que se encontram no site da US/São Carlos, num texto em que deixamos mais explicito o que significa uma curva sendo aproximada por uma poligonal. palavras chave: aproximação de uma curva, braquistócrona, poligonal como aproximação de uma curva.

ropagação Retilínea da Luz Os aspectos mais simples da propagação da luz são objetos de estudo da Ótica Geométrica, sendo também compatíveis com a Teoria Corpuscular da Luz. Num limite idealizado onde uma abertura tende a zero, como por exemplo um pequeno orifício, é feito passar raios luminosos, dos quais teremos um raio de luz. Este é uma linha reta num meio homogênio, que na Teoria Corpuscular, representa a trajetória de um corpúsculo de luz. Num meio homogênio, a luz se propaga em linha reta. Isto é particularmente reconhecível quando a fonte de luz é puntiforme []. Uma explicação também pode ser dada, pelo princípio de Huygens, de que a direção do raio luminoso, os raios, são trajetórias ortogonais das frentes de onda. Desvios da propagação retilínea de uma descrição mais sofisticada do comportamento da luz, ondulatória, são tanto maiores quanto maiores as razões λ/d, com λ, comprimento de onda e d, dimensões envolvidas na propagação das ondas, como por exemplo o tamanho do orifício. Logo, do ponto de vista ondulatório, temos que a ótica geométrica é uma aproximação válida para comprimentos de onda muito pequenos em confronto com as dimensões envolvidas na análise. 2 Reflexão e Refração O que acontece, quando a luz passa de um meio homogênio para outro? A resposta à essa pergunta é encontrada em muitos livros didáticos de física, que vão desde livros textos do Ensino Médio aos livros utilizados nas Universidades. Na interface entre os dois, há uma descontinuidade das propriedades materiais. Tomemos uma superfície de separação entre dois meios transparentes e 2, conforme figura abaixo(), e consideremos ainda um raio de luz no meio (raio incidente) sobre um ponto da interface, que chamamos Σ, n i Π Σ 2 Figura : Reconstrução da figura encontrada em [, página, 2]

2 REFLEXÃO E REFRAÇÃO 2 A partir da ótica geométrica, com λ muito menor que o raio de curvatura em, do ponto de vista geométrico dos raios luminosos, tudo se passa como se considerassemos no ponto o plano tangente Π em lugar da superfície Σ o que nos leva a seguinte figura(2), n i ir 2 r Π 2 Figura 2: Chamamos este plano tangente de plano de incidência, o plano que contém o ponto de incidência do raio incidente e o ângulo incidente i, entre e a normal n. A experiência mostra que o raio incidente dá origem geralmente a um raio refletido que volta para o meio e forma com a normal o ângulo de reflexão ir e a um raio refratado 2 transmitido para o meio 2, que forma com a normal um ângunlo r, o ângulo de refração. A Lei da Reflexão, diz que o raio refletido pertence ao plano de incidência, e o ângulo de reflexão é igual ao de incidência: A Lei da Refração(Snell, 62), é: ir = i sin i sin r = η 2 com η 2 uma constante que chama-se índice de refração do meio 2 relativo ao meio. Devemos notar que se η 2 >, o meio 2 é mais refrigente que o meio e o raio refratado se aproxima da normal, por outro lado, se η 2 <, então o meio 2 é menos refrigente que o meio e o raio refratado se distancia da normal. Convém lebrar que o índice de refração η 2 varia com cor da luz. or este fato é que houve a separação das cores na experiência de Newton com prismas, tal efeito é conhecido como dispersão.

3 LEI DE FERMAT 3 3 Lei de Fermat ois bem, um novo método foi encontrado para determinar a trajetória dos raios luminosos(fermat, 657), baseado em sua idéia de que a Natureza sempre atua pelo caminho mais curto. O seu princípio diz: de todos os caminhos possíveis para ir de um ponto a outro, a luz segue aquele que é percorrido no tempo mínimo. O princípio de Fermat leva à lei de Snell, como pode ser visto em [, página, 2]. O que nos leva a concluir que o caminho ótico mínimo é aquele que corresponde à lei da refração. O caminho quebrado minimiza o tempo porque aproveita melhor o caminho no meio, onde a velocidade é maior, reduzindo-o no meio 2, onde ela é menor []. odemos pensar, por analogia, em como salvariamos um indivíduo que está a se afogar no mar, onde a região de areia seria um meio no qual seriamos mais rápidos e o mar um meio que seriamos mais lentos. ara que o salvamento acontecesse da maneira mais rápida, deveriamos proceder como a luz, utilizando melhor o caminho pela areia e tentando reduzir o caminho pelo mar. 4 Experimentando ara nos convencermos, fizemos um experimento bem simples que, para reproduzí-lo, você precisará apenas de uma lanterna com um foco bem preciso e um depósito de vidro com um determinado flúido(por exemplo água), conforme a figura(3). Ao colocar o facho de luz dirigido para água você vai identificar o ponto de chegada do facho de luz perto do fundo do depósito de vidro. Figura 3: Figura 4: Mantendo a mesma direção na lanterna, mas deixando agora o facho de luz por fora do vidro você vai ver a diferença na curva produzida pelo facho de luz

4 EXERIMENTANDO 4 uma vez que o ponto de chegada da luz ficará bem mais distante do fundo do depósito quando o facho de luz passar por fora da água. Conclusão, ao longo da água a luz faz uma curva que é a braquistócrona. A representação gráfica da figura(5), mostra uma aproximação do que aconteceria com um raio de luz atravessando 7 fazes de um meio, aproximado por segmentos de reta, uma poligonal, esta é uma reconstrução da figura que se encontra em [6, página 26]. Numa aproximação com uma poligonal, na passagem da luz em cada uma das faixas deste meio se teria segmentos de reta formando uma poligonal às quais Figura 5: A passagem de um raio de luz por vários segmentos de um meio a lei de Snell é sucessivamente aplicada a cada interface de ligação, entre duas faixas. Na medida em que estas faixam tenham a sua largura arbitrariamente diminuidas o resultado será a curva de tempo mínimo ao longo da qual o raio de luz atravessa este flúido.

REFERÊNCIAS 5 Referências Nussenzveig, H. M. Curso de Física Básica- Vol. 4 Edgard Blucher, 2004. 2 Arfken, G. Mathematical Methods for hysicists Academic ress, INC. 985 3 raciano-ereira, T. Cálculo numérico computacional http://www.calculo-numerico.sobralmatematica.org/textos 4 Rudin, W. Functional Analysis McGraw-Hill Series in Higher Mathematics -974 5 Educar - São Carlos - US lei de Snell http://educar.sc.usp.br/otica/ 6 Simmons, G.F. Differential Equations with App. and Hist. Notes. McGraw-Hill - Book Company - 978 7 Hirsch, e Smale S. Linear Algebra, differential equations and dynamical systems - Academic ress 8 Boyce, William E e Diprima, R. C. Equações diferenciais elementares e problemas de valores de contorno Editora: LTC ISBN-3: 97885264999 8a Edição - 2006-450 pág. 9 Wikipedia, the free enciclopedia in the Internet http://en.wikipedia.org