sexta-feira, 4 de junho de 2010

Leiam, pesquisem, estudem e divirtam-se!!


E aí gurizada. Como falei em aula, aqui estão alguns modelos que vocês podem seguir na realização de seus experimentos. Procurem pelos títulos das postagens o seu assunto.

Dêem uma lida e tomem esses roteiros como base. Se quiserem fazer outro experimento, ok. Desde que esteja de acordo com o seu tema.

Bom trabalho, e qualquer dúvida me procurem
;)

Profª Luziane

ATENÇÃO: FAZER UM RELATÓRIO COM TODOS OS DADOS DO EXPERIMENTO, PODE SER ENTREGUE DEPOIS DA APRESENTAÇÃO EM AULA. INCLUAM FOTOS, LINKS DE VÍDEOS, DEIXANDO-O BEM COMPLETO. O RELATÓRIO DEVE CONTER:

  • Título do trabalho
  • Objetivo
  • Fundamentação teórica
  • Material utilizado
  • Procedimentos adotados na montagem
  • Análise dos dados obtidos
  • Conclusão

terça-feira, 20 de outubro de 2009

1. A EXISTÊNCIA E PROPAGAÇÃO RETILÍNEA DA LUZ


1.1) A Existência dos Raios de Luz

PULVERIZADOR


Objetivo

    O objetivo deste experimento é visualizar um feixe de luz, observando sua existência e comportamento.

Contexto

    A luz, para a maior parte dos fenômenos cotidianos, propaga-se em forma de raios. Estes, são compostos de partículas (fótons), e se propagam sempre retilinearmente a partir da fonte. Feixe de luz é um conjunto de raios luminosos.

Idéia do Experimento

    Um lanterna é colocada em uma posição fixa iluminando um obstáculo (parede). Nesta situação, só é possível observar a luz que é gerada pela lanterna e o efeito que ela causa no obstáculo. É aparentemente possível que a luz descreva qualquer trajetória até atingir a parede (como por exemplo, uma trajetória curva ou em "zig-zag"). Pulveriza-se água colorida com leite ao longo do feixe de luz que vai da lanterna até a parede. Assim, é possível observar que o feixe luminoso criado pela lanterna, propaga-se em linha reta e não de qualquer outro modo até o obstáculo.

Tabela do Material

Item Observações
Pulverizador Desses usados para regar plantas
Lanterna
Leite Duas ou três colheres das de sopa
Água

Montagem

  • Coloque água dentro do pulverizador e adicione leite até que a água fique esbranquiçada.
  • Posicione a lanterna de modo que ilumine o obstáculo.

Comentários

  • O local no qual o experimento for realizado deve permanecer escurecido ou na penumbra.
  • Se o experimento for realizado em sala de aula, o pulverizador pode ser substituído por dois apagadores. Batendo um apagador no outro, em uma posição, de preferência, acima do feixe, produz-se uma nuvem de pó na região deste. Este procedimento resulta no mesmo efeito do pulverizador.


Esquema Geral de Montagem


1.2) A Propagação dos Raios de Luz

EXPERIMENTO 1: CÂMARA ESCURA


Objetivo

    Este experimento tem por objetivo a construção de uma câmara escura onde é possível observar a imagem da chama de uma vela sendo projetada em seu interior.

Contexto

    Segundo os princípios da óptica geométrica, os raios de luz se propagam em linha reta. Na câmara escura, todos os raios de luz que são emitidos pelo objeto a ser projetado, passam atravéz de um pequeno oríficio e atinge o aparato no interior dela. Assim sendo, a luz que sai do ponto mais alto do objeto atingirá o aparato no ponto mais baixo da imagem projetada, formando uma imagem invertida como na figura abaixo.

Idéia do Experimento

    Projeta-se a luz emitida pela chama de uma vela na parte interna da tampa de uma lata de chocolate em pó, apenas fazendo um furo em seu fundo.

Tabela do Material

Item Comentários
Lata de NESCAU Será utilizada também a tampa de plástico translúcido. Pode ser utilizada qualquer lata que tenha uma tampa feita com o mesmo material da tampa da lata de Nescau.
Vela
Prego Será utilizado apenas para fazer um furo no fundo da lata, por isso, pode ser substituído por qualquer outro objeto de metal pontiagudo.

Montagem

  • Faça um furo, o menor possível, no meio do fundo da lata e tape-a com a tampa de plástico.
  • Acenda a vela e aproxime o fundo da lata até ver a imagem refletido na tampa.

Comentários

  • Para que o experimento seja realizado o ambiente deve permanecer o mais escuro possível.

Esquema Geral de Montagem



    EXPERIMENTO 2: CARTÕES FURADOS


Objetivo

    Este experimento tem por objetivo demonstrar que os raios de luz se propagam em linha reta.

Contexto

    A luz, para a maior parte dos fenômenos cotidianos, propaga-se em forma de raios. Estes, são compostos de partículas (fótons), e se propagam sempre retilinearmente a partir da fonte. Em algumas situações, a luz também pode comportar-se como onda. Isto é perfeitamente explicado pela Física.

Idéia do experimento

    Três cartões iguais com um pequeno orifício no meio são dispostos em fila de forma que fiquem exatamente alinhados. Em um extremo é colocada uma vela acesa cuja chama fica alinhada com os furos do cartões. No outro extremo fica o observador. Há duas situações de observação. Na primeira, os furos dos cartões ficam alinhados e é possível ver a chama da vela do outro lado porque a luz se propaga em linha reta através dos furos. No segundo caso, retira-se qualquer um dos três cartões do alinhamento e não mais é possível ver a luz porque ela esbarra em um dos cartões. Para que se pudesse enxergar a luz, ela teria que ter uma trajetória curva. Com os resultados de ambas disposições, se conclui que a luz se propaga em linha reta.

Tabela do Material

Item Observações
Cartolina Pode ser substituída por qualquer tipo de papelão não muito grosso.
Vela Pode ser substituída por uma lanterna.

Montagem

  • Corte três retângulos (10cm x 15cm) iguais de cartolina (veja figura abaixo).
  • Faça um corte reto (5cm) no meio do lado menor de cada cartão.
  • No lado cortado, dobre cada parte para um lado de modo que se crie um apoio para que o cartão fique na vertical.
  • Coloque os cartões em fila de modo que fiquem exatamente alinhados.
  • Em um extremo da fila, coloque uma vela acesa cuja chama fique alinhada com os furos dos cartões.

Comentários

  • Para o bom andamento do experimento é importante que os cartões sejam exatamente iguais.
  • A altura da chama da vela deve ser igual à dos furos dos cartões.


Esquema Geral de Montagem


QUESTÕES:
  • Explicar o que é um raio de luz, um feixe de luz e uma fonte de luz.
  • Quais os tipos de fontes de luz? Citar exemplos.
  • Explicar os meios de propagação da luz.
  • Explicar o princípio da propagação retilínea da luz.

2. REFLEXÃO DA LUZ



PENTE REFLEXIVO



Objetivo

    O objetivo deste experimento é observar a reflexão e comprovar a lei que rege este fenômeno.

Contexto

    Reflexão é o fenômeno pelo qual a luz ao encontrar um obstáculo é rebatida. Para melhor compreender este fenômeno é preciso antes definir as duas etapas da reflexão. Na primeira etapa (incidência) o raio de luz chega até o espelho. Ao ângulo que este raio forma com o espelho damos o nome de ângulo de incidência. Já na segunda etapa, o raio de luz sai do espelho (reflexão). Ao ângulo que este raio forma com o espelho damos o nome de ângulo de reflexão. Para a reflexão existe uma lei: o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Idéia do Experimento

    Um espelho é colocado na posição vertical em contato com a superfície de uma mesa. Em sua frente, coloca-se um pente com os dentes encostados na mesma superfície. Posiciona-se uma lanterna de modo que a sombra produzida pelos dentes do pente atinjam o espelho fazendo sombra na superfície, tanto quando incide no espelho, como quando refletem. Para conferir a lei da reflexão coloque um papel na superfície da mesa, em baixo do espelho e do pente. Risque o papel com um lápis na base do espelho. Risque a trajetória de um dos raios que saem do pente e são refletidos pelo espelho. Observe que no papel aparecerá a trajetória de um dos feixes de luz. É possível medir com um transferidor os ângulos de incidência e reflexão e constatar que eles são iguais.

Tabela do Material

Item Observações
Pente
Espelho Desses pequenos com as bordas alaranjadas. São encontrados em qualquer supermercado ou bazar.
Lanterna
Papel
Lápis ou caneta
Transferidor Este instrumento será utilizado para medir os ângulos de incidência e reflexão.


Esquema Geral de Montagem


QUESTÕES:

  • Medir os ângulos de incidência e reflexão com o transferidor.
  • Explicar as leis da reflexão da luz.
  • Explicar a reflexão regular e citar exemplos.
  • Explicar a reflexão difusa e citar exemplos.

http://www.youtube.com/watch?v=O_y2UFchpIw


3. REFRAÇÃO DA LUZ


Refração da Luz



Objetivo

    O objetivo deste experimento é construir um sistema onde é possível observar a trajetória de um raio sendo refratado, ou seja, sendo desviado da sua trajetória inicial.

Contexto

    A refração é o fenômeno no qual a luz muda sua direção de propagação ao mudar de um meio para outro, como por exemplo, água e ar, ar e vidro, etc. O índice de refração (n) é uma propriedade de um determinado meio (por exemplo: nar = 1; nvidro = 1,52; nágua = 1,33) e que influencia diretamente a intensidade e a direção do raio de luz refratado. Quando o índice de refração do meio do qual a luz provém é menor do que o do meio em que ela vai penetrar, os raios tendem a se aproximar da reta normal à superfície que separa os meios. No nosso caso o feixe, ao penetrar na água, se aproxima da normal porque o índice de refração da água é maior que o do ar. E ao sair, se afasta pois nar < nágua, como na figura abaixo.


Idéia do Experimento 1:

Faça esta experiência e mostre como os raios de luz alteram seu curso ao atravessar vidro e água. Você vai ver como eles têm de atingir o vidro num certo ângulo para serem desviados.

Tabela do Material:

- Folha papel branco
- caixa grande de papelão (tipo caixa de sapato)
- pote de vidro com água (tipo vidro de conserva)
- régua
- caneta
- lanterna
- tesoura

Esquema Geral de Montagem:

1) Na lateral da caixa, trace duas linhas, com aproximadamente 2,0 cm de distância entre elas;

2) Corte nas linhas traçadas, produzindo duas fendas;

3) Ponha o papel no fundo da caixa;

4) Com cuidado, ponha o pote com água dentro da caixa. Alinhe o pote com os dois cortes feitos na caixa;

5) Em um quarto escuro, ilumine as fendas;

6) Veja como o pote de água desvia a luz. Pode ser que você precise mover o pote até que os raios fiquem convergentes. Observe com atenção o fenômeno da refração da luz que atravessa o vidro e anote suas observações num caderno de experimentos.

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Idéia do Experimento 2:

    Uma caixa de sapatos com uma lâmpada dentro é arranjada de modo que saia dela um feixe fino de luz. O feixe, ao atravessar uma caixa transparente cheia de água é refratado, ficando claro que ele muda sua trajetória.

Tabela do Material

Item Comentários
Fio elétrico
Bocal de lâmpada
Plug elétrico
Lâmpada de 60 Watts do tipo cristal. Tentamos realizar o experimento com lâmpadas de potências maiores, mas não obtivemos resultados satisfatórios.
Caixa de sapatos
Régua Molegata da marca TRIDENT Usada dada a facilidade que se tem para dobrá-la.
Cartolina
Adesivo plástico para PVC (cola de cano) Pode ser substituído por qualquer tipo de super-cola (Super-Bonder).
Caixinha de CD
Água

Montagem

  • Corte as extremidades da régua retirando a inscrição da logomarca e furo, deixando a régua com 16cm.
  • Faça três dobras na régua de forma a resultar um anel retangular de 5 x 3cm e cole as duas extremidades (com a cola para PVC).
  • Retire com cuidado a tampa da caixinha de CD, retirando todas as suas laterais.
  • Cole a base deste "anel" formado pela régua na tampa da caixa de CD, como na figura abaixo.

  • Corte um retângulo da caixa de sapatos a partir da borda (ver figura 1).
  • Cole um pedaço de cartolina no lugar do retângulo retirado.
  • Faça apenas um corte na cartolina, com tesoura, de fora para dentro da caixa (ver figura 2).
  • Monte o circuito que irá acender a lâmpada (fio, plug e bocal).
  • Coloque a lâmpada sobre a superfície que será realizado o experimento e tape-a com a caixa. A luz emitida pela caixa será reduzida a um feixe fino que passa através do corte feito na cartolina colada onde foi retirado um retângulo da caixa.
  • Coloque água dentro da caixa feita com a régua e tampa da caixa de CD e direcione a ela o feixe emitido pela caixa.

Comentários

  • Para o bom andamento do experimento é importante que a caixa que emitirá o feixe e a caixinha com água fiquem no mesmo plano.


Esquema Geral de Montagem:

QUESTÕES:

  • O que é refração?
  • Explicar as leis da refração, com base no(s) experimento(s).
  • Explique o que é, e como calcular o índice de refração.
  • Citar os índices de refração do ar, da água, do vidro, do álcool etílico e do acrílico.
  • Explicar a lei de Snell-Descartes

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OBS: coloquei dois roteiros, faça apenas um. Mas se quiser fazer os dois, sem problemas!




4. ESPELHOS PLANOS


Imagens Formadas por Espelhos Planos

FAÇA DINHEIRO


Objetivo

    O objetivo deste experimento é demonstrar que a associação de espelhos pode multiplicar imagens, ou seja, podemos aparentemente ter a reflexão de um objeto refletido.

Contexto

Associando espelhos corretamente, é possível fazer com que as imagens refletidas se multipliquem de acordo com o ângulo formado entre as faces dos espelhos.

A associação de dois espelhos planos é usada, por exemplo, no cinema, associando-se dois espelhos planos formando um ângulo entre si, para dar a impressão do aumento do número de personagens em cena.

Vamos considerar dois espelhos E1 e E2 fazendo um ângulo diedro (fig. 1).

Fig. 1 - Associação de dois espelhos planos.

O número de imagens (N) pode ser calculado pela expressão:

N = (360o /) -1

As condições para esta expressão ser válida são:

  • Quando 360o / for um número par, o objeto pode ficar em qualquer posição entre os dois espelhos.
  • Quando 360o / for um número ímpar, o objeto deve se localizar no plano bissetor do ângulo diedro dos dois espelhos.
Exemplo:

Vamos considerar o ângulo entre os dois espelhos igual a 90o.

360 / = 360 / 90 = 4 (número par). O objeto pode se situar em qualquer posição entre os dois espelhos.

O número de imagens fornecidas será:

N = (360o / 90o) -1 = 4 - 1 = 3 imagens.

A representação gráfica dessa situação está mostrada na fig. 2.

Fig. 2 - Obtenção das três imagens fornecidas por dois espelhos que fazem entre si um ângulo de 90o.

Observe na fig. 2 que a imagem fornecida por um espelho serve como objeto para obtenção da outra imagem e assim sucessivamente.


Idéia do Experimento

    Dois espelhos têm um de seus lados unidos de modo que eles possam ser dispostos formando um ângulo. O ângulo menor fica entre as faces reflexivas. Coloca-se uma moeda entre as faces. Os raios de luz que partem dela chegam ao observador de vários modos:

    1 - Saem diretamente: imagem real.

    2 - Fazem uma única reflexão nos espelhos: primeira ordem; imagem virtual.

    3 - Fazem duas ou mais reflexões: segunda ordem; imagem virtual, terceira ordem; imagem virtual etc.

Tabela do Material

Item Observações
Dois espelhos Destes pequenos, com as bordas laranja e de plástico. Geralmente são encontrados em supermercados ou bazares.
Fita adesiva Durex ,fita crepe ,fita isolante etc.
Velas e 1 transferidor


Montagem

  • Retire as bordas dos espelhos.
  • Cole os dois espelhos com a fita adesiva no lado não reflexivo. Deixe um espaço entre os espelhos de modo que se possa encostá-los, quando montados.


Esquema Geral de Montagem

    Na figura abaixo não aparecem todas as imagens que são formadas, para não saturar o desenho.




Procedimentos e Questões:

  • Encaixe os espelhos associados.
  • Posicione os dois espelhos de modo a formar os ângulos indicados na
    tabela abaixo.
  • Com o transferidor, marque no papel um angulo de 60º. Faça com que os
    espelhos fiquem em uma posição na qual mantenha esse ângulo entre eles.
  • Coloque uma vela à frente dos espelhos e conte o número de imagens.
  • Faça variações nos ângulos (use o transferidor) com os valores indicados na tabela abaixo, e verifique a quantidade de imagens formadas, preenchendo a tabela:
    Ângulos (º) Número de imagens
    30
    36
    40
    45
    60
    90
    120
    180

  • Verifique se os seus resultados concordam com a fórmula N = (360 o/ ) - 1 , na qual N é o número de imagens e é o ângulo entre os espelhos.
  • Se dois espelhos fossem colocados um de frente para o outro (ângulo de 0o), com um objeto no meio deles, quantas imagens seriam formadas?
Dê uma olhada nesse vídeo, a idéia do experimento é essa que está descrita aí:
http://www.youtube.com/watch?v=ByYcAITMhoI&feature=player_embedded#

5. ESPELHOS CÔNCAVOS


Espelhos C
ôncavos

Os espelhos côncavos são encurvados (abaulados) para dentro. Trata-se de uma superfície esférica que apresenta na parte interna o seu lado refletor.

D
ependendo da posição que o objeto ocupa diante desse espelho podemos obter uma imagem conjugada real ou ainda virtual, quando o objeto situa-se sobre o plano focal do espelho.

A sua orientação pode apresentar-se direita ou invertida, respectivamente, para imagens
virtuais e reais, dependendo da posição do objeto em relação ao espelho.

Os espelhos côncavos são muito usados por mulheres para passar maquiagem no rosto, pois amplia a imagem.




Objetivo

    Este experimento tem por objetivo construir um espelho côncavo bem como observar como os raios de luz se comportam quando são refletidos por ele.

Contexto

    Sabe-se que quando um raio de luz incide em um espelho plano, é refletido com o mesmo ângulo com o qual incidiu em relação à normal. Um espelho esférico é constituído de uma superfície lisa e polida com formato esférico. Se a parte refletora for interna será um espelho côncavo caso a superfície refletora seja a parte externa será um espelho convexo. Se encurvarmos este espelho, de modo que a superfície refletora assuma uma forma côncava, isto não ocorre. Neste caso teremos um espelho côncavo que obedece à algumas propriedades. Uma delas, e a mais interessante neste caso, é que raios que incidem paralelamente ao eixo central desse espelho côncavo, são refletidos passando pelo foco do mesmo, como na figura abaixo. Foco, ou distância focal, é a metade do raio de curvatura do espelho.

    F é o foco, C é o centro de curvatura e V é o vértice do espelho

A posição e o tamanho das imagens formadas pelos espelhos côncavos podem ser determinados a partir do comportamento dos raios que saem do objeto e incidem o espelho, podemos pegar apenas três raios notáveis para determinar as características da imagem:

1- Todo raio que incide paralelamente ao eixo principal é refletido passando pelo foco(F), e o caminho inverso também ocorre.

2- Todo raio que incide sobre o centro de curvatura(C) reflete-se sobre si mesmo.

3- Todo raio que incide sobre o vértice(V) é refletido simetricamente em relação ao eixo principal. O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Características das imagens nos espelhos esféricos

As características das imagens nos espelhos esféricos mudam de acordo com quando mudamos a posição do objeto na frente do espelho.

Temos dois tipos de imagem, virtual e real:

*Imagem virtual: é vista no ponto de encontro dos prolongamentos dos raios refletidos

*Imagem real: é vista em um ponto onde realmente passam os raios refletidos

Podemos dizer como as imagens irão se comportar sabendo qual a posição do objeto em relação ao espelho:

Características das imagens nos Espelhos Côncavos

1- Objeto localizado antes do centro de curvatura(C):
A imagem é real, está posicionada entre o centro de curvatura(C) e o foco(F), é invertida e o seu tamanho é menor que o objeto.

2- Objeto localizado sobre o centro de curvatura (C):
A imagem é real, está posicionada sobre o centro de curvatura(C), é invertida e tem o mesmo do objeto.

3- Objeto localizado entre o centro de curvatura (C) e o foco (F):
A imagem é real, está posicionada antes do centro de curvatura(C), é invertida e o seu tamanho é maior que o objeto.

4- Objeto localizado sobre o foco(F):
A imagem é imprópria, pois os raios de luz saem paralelos.

5- Objeto localizado entre o foco(F) e o vértice(V):
A imagem é virtual, está posicionada atrás do espelho ou depois do vértice(V), é direita e o seu tamanho é maior que o objeto.

Idéia do Experimento

    Um pente e uma lanterna são utilizados para formar feixes luminosos paralelos. Ao interceptar os feixes com um espelho côncavo, observa-se que os raios luminosos são refletidos por ele, passando por um ponto que é a metade do seu raio, ou seja, o foco.

Tabela do Material

Item Comentários
Garrafa Pet de 2L de refrigerante Ou qualquer outro objeto/embalagem que possa fornecer um anel com diâmetro semelhante.
Embalagem dos Salgadinhos ELMA CHIPS Utilizamos uma embalagem de BACONZITOS, mas pode ser utilizada a embalagem de qualquer outro salgadinho desta marca. Pode-se utilizar também uma embalagem de pó de café que é feita de um material muito parecido.
Pente
Lanterna
Cola branca

Montagem

  • Corte a garrafa transversalmente de modo a formar um anel (Figura 1).
  • Corte o anel ao meio de forma que visto de cima seja um semi-círculo (Figura 2).
  • Cole um pedaço da embalagem de salgadinho (com o mesmo tamanho da parte da garrafa) na face côncava do "semi-círculo", tendo cuidado para que a face mais refletora da embalagem fique voltada para a concavidade do "semi-círculo", com a finalidade de se formar um espelho côncavo. A face mais refletora da embalagem é o lado de dentro.
  • Ilumine, com a lanterna, a superfície na qual será realizada a experiência, fazendo com que o feixe de luz gerado pela lanterna fique quase paralelo à esta superfície.
  • Coloque o pente na frente deste fixe na posição vertical ("em pé").
  • A luz gerada pela lanterna foi dividida em pequenos feixes. Colocando o espelho côncavo na frente desses feixes, é possível observar que eles são refletido em direção ao foco do espelho.

Comentário

  • Melhores resultados serão obtidos se a lanterna permanecer o mais longe possível do pente.
  • Utilizando os mesmos princípios também é possível construir um espelho convexo apenas colando o pedaço da embalagem do outro lado da parte retirada da garrafa.


Esquema Geral de Montagem

Os raios andam paralelos às sombras, que são mais facilmente visualizadas.


Procedimentos e Questões:

  • Observe a trajetória de raios refletidos.
  • Identifique o foco e o centro de curvatura e o vértice do espelho.
  • Quais são as características das imagens que se formam num espelho côncavo?
  • Descreva, com suas próprias palavras, o que acontece com os raios de luz refletidos no espelho.

OBS: se não quiser, ou estiver com preguiça de fazer o espelho, nos camelôs você encontra espelhos côncavos por R$ 2,00 ou R$ 3,00.

6. ESPELHOS CONVEXOS



Espelhos Convexos

Espelhos convexos são abalauados para fora. Eles fornecem um só tipo de imagem. Sempre é menor que o objeto, direita e virtual.

Os espelhos convexos são bastante utilizados nos retrovisores direito dos carros, pois diminui a imagem para que caibam mais imagens no espelho, dando assim uma ampla visão.



Objetivo

    Este experimento tem por objetivo construir um espelho convexo bem como observar como os raios de luz se comportam quando são refletidos por ele.

Contexto

    Sabe-se que quando um raio de luz incide em um espelho plano, é refletido com o mesmo ângulo com o qual incidiu em relação à normal. Um espelho esférico é constituído de uma superfície lisa e polida com formato esférico. Se a parte refletora for interna será um espelho côncavo caso a superfície refletora seja a parte externa será um espelho convexo.

    A posição e o tamanho das imagens formadas pelos espelhos convexos podem ser determinados a partir do comportamento dos raios que saem do objeto e incidem no espelho, podemos pegar apenas três raios notáveis para determinar as características da imagem:

    1- Todo raio que incide paralelamente ao eixo principal é refletido passando pelo foco(F), e o caminho inverso também ocorre.

    F é o foco, C o centro de curvatura e V o vértice do espelho.

2- Todo raio que incide sobre o centro de curvatura(C) reflete-se sobre si mesmo.

3- Todo raio que incide sobre o vértice(V) é refletido simetricamente em relação ao eixo principal. O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Características das imagens nos espelhos esféricos

As características das imagens nos espelhos esféricos mudam de acordo com quando mudamos a posição do objeto na frente do espelho.

Temos dois tipos de imagem, virtual e real:

*Imagem virtual: é vista no ponto de encontro dos prolongamentos dos raios refletidos

*Imagem real: é vista em um ponto onde realmente passam os raios refletidos

Podemos dizer como as imagens irão se comportar sabendo qual a posição do objeto em relação ao espelho:

Espelhos Convexos

A imagem nos espelhos convexos sempre será virtual, estará posicionada entre o foco(F) e o vértice(V), será direita e o seu tamanho será menor que o objeto.

Os espelhos convexos são bastante utilizados nos retrovisores direito dos carros, pois diminui a imagem para que caibam mais imagens no espelho, dando assim uma ampla visão.

Idéia do Experimento

    Um pente e uma lanterna são utilizados para formar feixes luminosos paralelos. Ao interceptar os feixes com um espelho convexo, observa-se que os raios luminosos são refletidos por ele, passando por um ponto que é a metade do seu raio, ou seja, o foco.

Tabela do Material

Item Comentários
Garrafa Pet de 2L de refrigerante Ou qualquer outro objeto/embalagem que possa fornecer um anel com diâmetro semelhante.
Embalagem dos Salgadinhos ELMA CHIPS Utilizamos uma embalagem de BACONZITOS, mas pode ser utilizada a embalagem de qualquer outro salgadinho desta marca. Pode-se utilizar também uma embalagem de pó de café que é feita de um material muito parecido.
Pente
Lanterna
Cola branca

Montagem

  • Corte a garrafa transversalmente de modo a formar um anel (Figura 1).
  • Corte o anel ao meio de forma que visto de cima seja um semi-círculo (Figura 2).
  • Cole um pedaço da embalagem de salgadinho (com o mesmo tamanho da parte da garrafa) na face convexa do "semi-círculo", tendo cuidado para que a face mais refletora da embalagem fique voltada para a concavidade do "semi-círculo", com a finalidade de se formar um espelho convexo. A face mais refletora da embalagem é o lado de dentro.
  • Ilumine, com a lanterna, a superfície na qual será realizada a experiência, fazendo com que o feixe de luz gerado pela lanterna fique quase paralelo à esta superfície.
  • Coloque o pente na frente deste fixe na posição vertical ("em pé").
  • A luz gerada pela lanterna foi dividida em pequenos feixes. Colocando o espelho convexo na frente desses feixes, é possível observar que eles são refletido em direção ao foco do espelho.

Comentário

  • Melhores resultados serão obtidos se a lanterna permanecer o mais longe possível do pente.


Esquema Geral de Montagem

Semelhante ao do experimento anterior (Espelhos Côncavos), mudando de espelho côncavos para convexo. Note que os raios refletem de maneira diferente.


Procedimentos e Questões:

  • Observe a trajetória de raios refletidos.
  • Identifique o foco e o centro de curvatura e o vértice do espelho.
  • Quais são as características das imagens que se formam num espelho convexo?
  • Descreva, com suas próprias palavras, o que acontece com os raios de luz refletidos no espelho.
OBS: se não quiser, ou estiver com preguiça de fazer o espelho, nos camelôs você encontra espelhos convexos por R$ 2,00 ou R$ 3,00.

7. COMPOSIÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DA LUZ


Composição da Luz

DISCO DE NEWTON


Objetivo

    O objetivo deste experimento é mostrar que a luz pode ser formada de componentes coloridas. Em outras palavras, o inventor do Disco de Newton, Isaac Newton, explicou que a luz que considerarmos ser branca é na verdade, uma mistura de cores. Cada segmento do disco reflete a luz de uma cor e, ao girar o objeto, as cores se misturam , formando o branco.

Contexto

    Existem instrumentos ópticos, como por exemplo o prisma, que são capazes de dividir a luz em todas as suas componentes. O contrário também acontece, ou seja, é possível, a partir de suas componentes, gerar uma cor. Na natureza existem três cores básicas, as quais podemos chamar de cores primárias, são elas: vermelho, amarelo e azul. A partir destas cores podemos gerar qualquer outra cor, inclusive o branco. Fazendo com que cada pigmento destas cores ocupem um o lugar do outro muito rapidamente, pela nossa capacidade visual, a cor que enxergaríamos seria uma mistura das duas cores. Por exemplo, se fizermos com que dois objetos de cores azul e amarelo alternem suas posições com uma frequência maior do que a frequência com que nossa visão poderia distinguir a alternância das posições, não conseguiríamos distinguir em determinado momento qual seria o objeto colorido que estaria ocupando aquele lugar. Então, o que conseguiríamos ver seria uma soma das ondas emitidas por cada pigmento desses dois objetos; neste caso, a soma das ondas luminosas entre azul e amarelo, é a onda que corresponde à cor verde.

    Segundo Isaac Newton a cor branca é uma soma de todas as cores. Só que dependendo do conjunto de cores usado, cada uma tem uma proporção de participação diferente e não muito fácil de calcular.

Idéia do Experimento

    Para alternar a posição das cores utilizamos um disco pintado cada parte de uma cor e o giramos utilizando uma brincadeira de criança muito comum que consiste em passar um barbante duas vezes pelos disco, enrolá-lo e depois desenrolá-lo.

Tabela do Material

Item Comentários
Tampa plástica Nós utilizamos a tampa de plástico translúcido do achocolatado NESCAU devido à sua leveza e a facilidade que se tem para furá-la, porém, pode-se utilizar qualquer tampa plástica com tamanho aproximado.
Barbante de algodão Aproximadamente 120cm.
Papel branco
Canetinha hidrocor Pode ser substituída por lápis de cor, giz de cera, tinta ou até mesmo recortes de papel colorido.
Cola

Montagem

  • Retire as bordas da tampa que será utilizada de maneira a formar um disco.
  • Recorte um círculo de papel do tamanho do disco e divida-o em seis partes.
  • Pinte cada parte utilizando as cores abaixo demonstradas:
  • Faça dois furos na mesma linha, não muito próximos e equidistantes do centro do disco.
  • Passe o barbante pelos dois furos e ate as duas pontas.
  • Coloque o disco aproximadamente no centro do barbante.
  • Enrole o barbante fazendo movimentos circulares com o disco.
  • Estique o barbante e o disco começará a rodar, afrouxe o barbante para que, com o movimento do disco, ele enrole novamente.
  • Começe, então, um movimento de vai e vem com o barbante.
  • Notar-se-á que o movimento de todas as cores resultará na cor branca.

Comentários

  • Este experimento pode ser realizado utilizando a várias combinações de cores, como azul e amarelo, que resulta na cor verde; vermelho e amarelo, que resulta em alaranjado etc.
  • Sugerimos, até, que coloque-se uma combinação de cores de um lado do disco e outra do outro.


Esquema Geral de Montagem

Nos links abaixo, alguns vídeos que mostram idéias diferentes de como construir um disco de Newton. Dêem uma olhada!

http://www.youtube.com/watch?v=6ApYGdReQzg&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=M7WCTqMoBRc&feature=fvw


Decomposição da Luz

FÁBRICA DE ARCO-ÍRIS


Objetivo

    O objetivo deste experimento é decompor a luz, mostrando que ela é formada por componentes coloridas.

Contexto

    A luz normal, também chamada de luz branca, assim como a cor branca, é a formada por componentes de luz de todas as cores. Só podemos perceber que cada objeto tem sua cor porque quando luz branca incide sobre ele, este reflete a cor que o pigmento consegue emitir. Um objeto de cor vermelha, por exemplo, apesar de estar recebendo todas as cores, só reflete a componente vermelha; um objeto branco reflete todas as componentes e não absorve nenhuma; um objeto preto absorve todas as cores e não reflete nenhuma. Por isso é que quando estamos expostos ao sol, vestindo uma roupa branca, sentimos estar esquentando menos que com uma roupa escura: a roupa branca reflete todas as componentes coloridas da luz branca, enquanto a preta absorve todas.

    Quando a luz branca sofre refração, cada cor que a compõe é refratada com um ângulo diferente. Isto se deve a cada cor ter um índice de refração diferente, o que justifica cada cor ser refratada com um ângulo.

Idéia do Experimento

    Um raio de luz penetra na água e sofre refração. Cada cor refrata com um ângulo diferente e então as componentes seguem caminhos separados; após, cada raio é refletido por um espelho imerso na água e volta para a superfície; quando o raio sai da água, sofre novamente refração e cada cor já decomposta se decompõe em outras cores da mesma "família", como por exemplo, a componente vermelha da luz dá origem a vários tons de vermelho. Quando os raios saem da água, atingem um aparato onde é possível ver que a luz branca que incidiu na água é decomposta em todas as cores que a constitui. Esta decomposição é chamada de espectro, que é o mesmo visto em um arco-íris.

Tabela do Material

Item Comentários
Espelho Desses pequenos com moldura alaranjada. São encontrados em qualquer supermercado ou bazar.
Assadeira Pode ser substituída por uma bandeja funda, bacia ou tuperware.
Água
Cartolina Para ser usada como aparato de observação do espectro.

Montagem

  • Encha a assadeira com água.
  • Coloque o espelho inclinado dentro dela.
  • Faça com que a luz do Sol reflita no espelho no interior da assadeira e atinja um aparato de preferência de cor clara.
  • Observe que a luz refletida é um espectro composto pelas cores do arco-íris.

Comentário

  • O melhor resultado é obtido refletindo a luz do Sol em um local menos iluminado, como por exemplo uma parede clara à sombra ou uma cartolina não iluminada diretamente pela luz solar.
  • Pode-se realizar também este experimento refletindo a luz emitida por uma lâmpada fuorescente (luz fria) em uma folha branca.


Esquema Geral de Montagem


Questões:

  • Como a luz branca pode ser decomposta?
  • Como se dá a composição da luz branca?
  • Por que cada cor é refratada com um ângulo diferente?
  • Quantas e quais as cores você consegue distinguir ao olhar para a cartolina?
  • Que cor sofre maior desvio angular, em relação ao feixe incidente?
  • Para qual cor o índice de refração do prisma é menor?
  • O que você observou ao girar o Disco?
  • Quais são as suas conclusões a respeito do estudo sobre a composição e decomposição da luz que você realizou?


8. DIFRAÇÃO DA LUZ E DE ONDAS

Difração da Luz


Objetivo

Estes experimentos têm como objetivo compreender qual o efeito visual resultante de uma difração.

Conceito de Difração

Contrariando o princípio da propagação retilínea da luz, a luz tem a propriedade de contornar obstáculos colocados em sua trajetória. Este fenômeno é conhecido como difração da luz.

Iluminando com um feixe de luz de raios paralelos e monocromático (de uma só cor) um pedaço de papelão por exemplo no qual há uma fenda. Se a fenda é larga será projetada na tela uma tira luminosa de contornos bem definidos. Ao estreitar a fenda, a tira luminosa irá se alargar ao invés de diminuir. A luz invade a região de sombra. Quanto mais estreita for a fenda mais acentuado será o efeito (fig.1b).

A luz, ao passar por orifícios muito pequenos (por exemplo um orifício feito com um alfinete em um cartão), sofre difração (fig. 1a). Observa-se nesta figura que a luz se espalha apresentando uma mancha luminosa bem maior que orifício.


(a)

(b)

Figura 1 (a) - Difração que a luz apresenta quando atravessa um orifício muito pequeno.
(b) - Difração quando a luz atravessa orífícios d1 e d2 tal que d2 é menor que d1


Como o fenômeno da difração só é observado para orifícios muito pequenos, isso indica que a luz é uma onda com comprimento de onda pequeno. A difração só é observada quando a dimensão do orifício for menor ou da ordem do comprimento de onda da luz.

Contexto

Existem dois estudos feitos acerca da natureza de propagação da luz. Um deles prevê que a luz é composta de minúsculas partículas (fótons) que se propagam sempre em linha reta formando raios. A este estudo dá-se o nome de óptica geométrica. A outra linha de raciocínio diz que a luz é uma onda e se comporta como tal. Esta teoria é chamada óptica ondulatória. Por ser descrita por essas duas teorias, diz-se que a luz apresenta dualidade partícula-onda. Neste experimento só nos ateremos ao comportamento ondulatório da luz.

Quando a fonte luminosa se encontra razoavelmente afastada, a luz praticamente se propaga na forma de ondas planas. Se estas frentes de ondas se chocarem contra um aparato que contém um orifício com diâmetro comparável ao comprimento de onda da luz, ocorrerá um espalhamento destas frentes. Este fenômeno recebe o nome de difração. Só a teoria ondulatória explica tal fenômeno. Porém, se pensarmos que os raios de luz são perpendiculares às frentes de onda, o que ocorreria seria um espalhamento dos raios, como mostra a figura abaixo.

    A teoria ondulatória de Huygens pode explicar bem este fenômeno. Cada frente de onda é formada pela soma de infinitas ondas esféricas, como ilustra a figura abaixo. Quando esta frente de onda, ao se propagar, encontra uma barreira com um pequeno orifício, é como se apenas uma das ondas esféricas passa pelo furo, permitindo que só esta se propague a partir daí, o que resultaria em uma onda esférica que se propaga radialmente do orifício.

Experimento 1: Difração da Luz

Idéia do Experimento

    Um pequeno orifício feito num papel funciona como uma lente de aumento, permitindo que se veja uma imagem ampliada de um objeto que se encontra muito próximo do olho do observador. Isso se deve ao fenômeno de difração que neste caso, faz com que os raios que saem do objeto sejam espalhados, tornando a imagem maior que o objeto (figura abaixo). Também é possível corrigir miopia com difração pois, este fenômeno, faz com que a luz se comporte da mesma maneira que quando é submetida a uma lente divergente, que é a lente utilizada na correção desta patologia.

Tabela do Material

Item Comentários
Cartolina De preferência escura porém, pode ser utilizado qualquer papel.
Alfinete

Montagem

  • Faça, com o alfinete, um furo no papel.
  • Aproxime, do olho, algo que quer ser lido a aproximadamente 10 cm.
  • Coloque o papel com o furo e olhe através dele.
  • Pode-se então notar que além da imagem ficar mais nítida, houve um aumento dela.

Comentários

  • Se a pessoa que realizar o experimento for portador de um grau não tão alto de miopia, pode utilizar este pequeno orifício para conseguir enxergar algo que esteja longe, sem os óculos.


Esquema Geral de Montagem

O orifício que aparece na figura acima, apesar de parecer grande, tem o diâmetro de uma seção transversal em um alfinete.


Difração das Ondas

Experimento 2: Difração em uma cuba de onda

Idéia do Experimento

Para simular a difração em uma cuba de ondas, colocamos duas barreiras retilíneas na cuba, (ou uma bacia) deixando uma pequena abertura entre elas, d (fig. 2). Utilizando um gerador de ondas retas, ou produzindo ondas com o auxílio de uma régua grande (figura ao lado), quando uma onda reta periódica de comprimento de onda atravessa a abertura d (fig.2), observa-se que a onda fica curvada nos lados da abertura. A curvatura sofrida pelas frentes de ondas retas ao passarem por um obstáculo ou por uma abertura é devido ao fenômeno da difração.


Figura 2. Difração de uma onda plana

As ondas são fortemente difratadas quando o comprimento de onda é da ordem da abertura, d.


Questões

  • Explique o fenômeno da difração.
  • A curvatura da frente de ondas difratadas é maior para freqüências maiores ou menores? Justifique a resposta.
  • A curvatura da frente de ondas difratadas é maior quando passam por aberturas grandes ou por aberturas pequenas?
  • Explique a teoria ondulatória de Huygens.
  • Para qual valor de /d o fenômeno da difração é mais acentuado?