Caro aluno, Este material foi produzido objetivando que você aprofunde seus conhecimentos sobre os espelhos planos e os espelhos esféricos côncavos e convexos. Antes de iniciar as atividades desta oficina é importante que você tenha estudado e resolvido os exercícios do material denominado Espelhos planos e esféricos, anteriormente trabalhado em substituição à aula 32 de Física e disponível no Portal Ej@ > Biblioteca digital > Ciências da Natureza I > Apoio ao aluno > Ensino médio. Faça uma leitura atenta deste material e sempre que surgirem dúvidas solicite o auxílio do seu orientador de aprendizagem. Bons estudos! Figura 1 Estrutura Cloud Gate, mais conhecida como O feijão localizada no Millenium Park em Chicago EUA. Fonte: MICROSOFT OFFICE, 2015
Para refletir! Você já observou uma ambulância? Por que as letras escritas no capô estão invertidas? Figura 2 Ambulância Fonte: MICROSOFT OFFICE, 2015. 1. Utilizando um espelho plano, escreva seu nome numa folha de papel e posicione-a frente ao espelho, anote a seguir suas observações. Na física consideramos um espelho uma superfície muito lisa e com alto índice de reflexão da luz. Provavelmente foi nossa imagem na superfície da água que inspirou a construção dos primeiros espelhos, feitos de cobre e, com o tempo foram utilizados outros materiais para sua fabricação, como por exemplo, a prata. Os espelhos e as imagens produzidas por ele sempre foram objetos de admiração do homem. Existe uma história sobre Arquimedes que durante a Segunda Guerra Púnica ele utilizou um grande jogo de espelhos planos, formados pelos escudos de bronze dos soldados, que refletiam a luz do Sol para um mesmo ponto de um navio, para incendiá-lo. Mas, o que sabemos é que até hoje, não foi provado a veracidade desse fato. Na Física dos espelhos estudaremos as várias imagens que diferentes espelhos podem formar.
2. Que tipos de espelhos você encontra em seu dia-a-dia? Ciências da Natureza I Ensino Médio 3. Qual a utilidade desses espelhos? Vamos começar com espelho mais simples, o espelho plano. Espelho plano Um espelho plano é aquele em que a superfície de reflexão é totalmente plana. Figura 3 Representação de um espelho plano 4. Utilizando o espelho disponível na sala de aula e uma régua escolha um objeto e o posicione em frente ao espelho. Agora meça sua distância até o espelho. Que valor você encontrou? 5. E qual será a distância entre a imagem do objeto e o espelho? ( ) Maior ( ) Menor ( ) Do mesmo tamanho 6. Como você chegou a essa conclusão? Então nos espelhos planos, objetos mais próximos do espelho, terão imagens também mais próximas. E objetos mais distantes terão imagens mais distantes.
Com isso podemos fazer uma primeira representação de uma imagem no espelho plano. 20 cm 20 cm 1 m 1 m Figura 4 Objeto em frente e um espelho plano Antes de continuarmos, vamos resgatar aqui as leis da reflexão. Reflexão: é o fenômeno que consiste no fato da luz voltar a se propagar no meio de origem, após incidir sobre um objeto ou superfície. Podemos esquematizar a reflexão de um raio de luz, ao atingir uma superfície polida, da seguinte maneira. Figura 5 Representação da reflexão de um raio luminoso em um espelho plano Observe na ilustração as indicações para
AB = raio de luz incidente BC = raio de luz refletido N = reta normal à superfície no ponto B i = ângulo de incidência, formado entre o raio incidente e a reta normal. r = ângulo refletido, formado entre o raio refletido e a reta normal. Com essas informações podemos enunciar a 1ª e a 2ª lei da reflexão 1ª lei da reflexão O raio de luz refletido e o raio de luz incidente, assim como a reta normal à superfície, pertencem ao mesmo plano 2ª Lei da reflexão O ângulo de reflexão (r) é sempre igual ao ângulo de incidência (i). Voltando ao exemplo do lápis observe que ele está a 1 metro do espelho. Logo sua imagem também estará, neste espelho plano, a 1 metro do espelho. Outra característica do lápis que se conservou é o seu comprimento. Observe que o comprimento da imagem é igual ao comprimento do objeto. Note também que a imagem tem as mesmas dimensões do objeto. Entretanto se você observar bem as imagens dos objetos, existe uma característica que não se conserva. É justamente por causa dessa característica que nas ambulâncias as letras estão invertidas. Vamos observar a representação abaixo: Figura 6 Formação da imagem em um espelho plano Fonte: MICROSOFT OFFICE, 2015. Note que o animal estendeu a pata direita diante do espelho. O espelho exibe a imagem da pata esquerda. Essa simetria inversa que ocorre nos espelhos é denominada enantiomorfismo ou imagem enantiomorfa.
7. Para as figuras colocadas em frente aos espelhos planos desenhe suas respectivas imagens. Vimos até agora como ocorre a formação das imagens no espelho plano. Mas será que existem outros tipos de espelhos que não seja o plano? Existe e esses espelhos são chamados de espelhos esféricos. Vamos refletir sobre a formação das imagens nesses espelhos. Espelhos esféricos Os espelhos esféricos podem ser classificados em côncavos e convexos. E você sabe qual é a diferença entre eles? Para distinguir o espelho côncavo e convexo, vamos realizar uma atividade. Utilizando uma colher ou uma concha de sopa, ambas de metal, observe a formação das imagens em ambas as faces.
8. Qual das faces corresponde ao espelho côncavo e ao espelho convexo? Podemos afirmar que as imagens formadas são do mesmo tamanho que os objetos? E com relação às distâncias? A distância do objeto ao espelho (colher) é igual à distância da imagem ao espelho? Pense um pouco sobre isto! O espelho esférico convexo Um espelho esférico convexo é um espelho que tem origem do corte de uma esfera espelhada. Sendo a parte externa da esfera espelhada. A imagem formada nos espelhos convexos é virtual (parece que foi conjugada atrás do espelho), é menor e está mais próxima do espelho que o objeto. Espelho convexo Imagem Objeto Figura 7 Formação da imagem em um espelho convexo Fonte: WEB AULA ESPELHOS PLANOS E ESPELHOS ESFÉRICOS, 2012. Em nosso dia a dia, os espelhos convexos são utilizados para prolongar a visão, sendo assim podemos observar objetos refletidos por eles que não conseguiríamos visualizar utilizando espelhos planos por exemplo. Com isso se costuma dizer que tais espelhos permitem ampliar o campo de visão. 9. Em que locais você já observou a presença desse tipo de espelho?
Figura 9 Formação da imagem em um espelho convexo Fonte: WEB AULA ESPELHOS PLANOS E ESPELHOS ESFÉRICOS, 2012. O espelho esférico côncavo Um espelho esférico côncavo também tem sua origem do corte de uma esfera espelhada. Sendo a parte interna da esfera espelhada. Para os espelhos côncavos, as características da imagem vão variar de acordo com a posição na qual o objeto se encontra. Dependendo da distância que o objeto se encontre do espelho, pode conjugar imagens reais ou virtuais, direitas ou invertidas e ainda de mesmo tamanho, maiores ou menores que o tamanho do objeto. Objeto Imagem Espelho côncavo Figura 10 Formação da imagem em um espelho côncavo quando o objeto se encontra entre o foco e o vértice Fonte: WEB AULA ESPELHOS PLANOS E ESPELHOS ESFÉRICOS, 2012. Comumente os espelhos côncavos são utilizados em aplicações bem específicas, isso ocorre porque as imagens formadas variam de acordo com a posição do objeto. Podem ser encontrados em alguns tipos de telescópios, projetores e também nos consultórios odontológicos, pois com ele é possível observar determinadas características dos dentes,
e é comum o uso também da maquiagem. Isso se justifica pois diante dos espelhos côncavos onde o objeto se situa bem próximo do espelho, o que resulta em uma melhor nitidez e visualização das características do objeto a ser observado. Figura 11 Formação da imagem em um espelho côncavo quando o objeto se encontra entre o foco e o vértice Fonte: WEB AULA ESPELHOS PLANOS E ESPELHOS ESFÉRICOS, 2012. 10. Um espelho usado por um homem ao se barbear permite que ele veja seu rosto ampliado e observar detalhes da pele. Este espelho é: a) plano. b) apolar. c) bipolar. d) côncavo. e) convexo. 11. (UERJ) Com o objetivo de obter mais visibilidade da área interna do supermercado, facilitando o controle da movimentação de pessoas, são utilizados espelhos esféricos cuja distância focal em módulo é igual a 25 cm. Um cliente de 1,6 m de altura está a 2,25 m de distância do vértice de um dos espelhos. Indique o tipo de espelho utilizado e a natureza da imagem por ele oferecida. 12. A vigilância de um supermercado loja optou por utilizar espelhos convexos de modo a ter uma ampla visão do interior da loja. A imagem do interior desse supermercado, vista através desse espelho, será: a) real e situada entre o foco e o centro da curvatura do espelho. b) b) real e situada entre o foco e o espelho. c) c) real e situada entre o centro e o espelho. d) d) virtual e situada entre o foco e o espelho. e) e) virtual e situada entre o foco e o centro de curvatura do espelho.
13. O espelho retrovisor utilizado nas motocicletas é convexo. Isto se justifica porque a) reduz o tamanho das imagens e aumenta o campo visual. b) aumenta o tamanho das imagens e aumenta o campo visual. c) reduz o tamanho das imagens e diminui o campo visual. d) aumenta o tamanho das imagens e diminui o campo visual. e) mantém o tamanho das imagens e aumenta o campo visual. 14. Uma cozinheira observa a imagem do seu rosto refletida numa concha de cozinha semiesférica perfeitamente polida em ambas as faces. Enquanto na face côncava a imagem do rosto da cozinheira aparece a) invertida na superfície da concha, na face convexa ela aparecerá direita, também situada na superfície. b) invertida e à frente da superfície da concha, na face convexa ela aparecerá direita e atrás da superfície. c) direita e situada na superfície da concha, na face convexa ela aparecerá invertida e atrás da superfície. d) direita e atrás da superfície da concha, na face convexa ela aparecerá também direita, mas na frente da superfície. e) invertida e atrás na superfície da concha, na face convexa ela aparecerá direita e na frente da superfície. 15. Em uma aula no laboratório, o professor de Física distribui entre seus alunos espelhos côncavos, espelhos convexos e diferentes objetos. O professor, pede então aos estudantes que montem seus experimentos, utilizando apenas o objeto e um dos espelhos fornecidos, de modo que obtenha uma imagem virtual, direita e menor que o objeto. Assinale a alternativa que apresenta o procedimento correto a ser adotado pelos estudantes. a) Utilizar o espelho côncavo, colocando o objeto na frente do espelho, a uma distância maior que o centro de curvatura do espelho. b) Utilizar o espelho convexo, colocando o objeto em qualquer posição na frente do espelho. c) Utilizar o espelho côncavo, colocando o objeto entre o foco e o centro de curvatura do espelho. d) Utilizar o espelho côncavo, colocando o objeto entre o foco e o vértice do espelho. e) Utilizar o espelho convexo, colocando o objeto em qualquer posição atrás do espelho. Bibliografia FUNDAÇAO BRADESCO. Web aula Espelhos planos e espelhos esféricos. Disponível em: Portal Ej@ > Biblioteca digital > Ciências da Natureza I > Webaulas.