EXPERIMENTO 9
ÓTICA GEOMÉTRICA: LEIS DA REFLEXÃO E REFRAÇÃO
 

1. Objetivos

Verificação das leis da reflexão e refração da Ótica Geométrica e medida do ângulo limite de refração para o sistema acrílico/ar.

 

2. Descrição da Experiência

- Lei da reflexão     

Quando um raio de luz incide sobre uma superfície de separação de dois meios óticos, formando um ângulo θ1  com a normal à superfície, ele se reflete formando um ângulo  θ1 (também com a normal à superfície) tal que:  θ1 = θ1

 

- Lei da refração

Quando um raio de luz incide sobre uma superfície de separação de dois meios óticos, formando um ângulo θ 1 com a normal à superfície ele passa ao segundo meio (processo de refração) formando um ângulo θ 2 tal que: 

sendo que n1 e n2 são os índices de refração dos meios 1 e 2 respectivamente.

Como conseqüência do fenômeno de refração, quando um raio de luz passa de um meio oticamente mais denso (maior n) a outro menos denso (menor n), o raio se afasta da normal, podendo-se produzir o chamado processo de reflexão total. Isto acontece quando: θ 2 = 90° e θ 1 = θlim

Nesta situação:  n1 sen θ1 = n2      , e portanto     sen θ1 = n2/n1    . 
Este ângulo θ 1 = θlim denomina-se ângulo limite para reflexão total.

 

3. Procedimento Experimental

A. Para realizar o experimento você vai dispor de uma lâmpada sustentada por um suporte, um disco graduado, uma fenda estreita e um cilindro acrílico de seção semicircular.

Coloque o cilindro centrado sobre o disco graduado, de forma que a superfície plana coincida com o diâmetro do disco, e faça um feixe de luz paralela incidir sobre o centro desta superfície plana. Você observará os feixes incidentes, refletidos e refratados.

Escolha cinco ângulos de incidência θ 1, com o raio incidente à direita da normal à superfície no ponto de incidência. Para cada θ 1 escolhido meça os correspondentes ângulos de reflexão  θ1' e de refração θ 2.

Reajuste a posição do cilindro e repita as medidas com o raio incidente à esquerda da normal.
 
 
 
  
 θ 1
θ1'
θ 2
sen θ 1
sen θ 2
         
         
         
         
         
  B. Faça dois gráficos,  θ1' versus θ1 e sen θ2 versus sen θ1.

a) Quanto vale a inclinação da reta no gráfico  θ1' versus θ1?

b) Quanto vale a inclinação da reta no gráfico sen θ 1 versus sen θ 2?

c) Quanto vale o índice de refração do acrílico em relação ao ar?

 

C. Repita o procedimento acima descrito para a luz incidindo na fase curva do cilindro, isto é, no outro lado da superfície plana.
Determine para cada valor de θ1 os valores correspondentes de  θ1' e θ2. Repita o procedimento cinco vezes. Determine também o ângulo limite θlim . Faça uma tabela do tipo:  
θ1
θ1'
θ2
θlim 
       
       
       
       
       
  Repita os gráficos  θ1' versus θ1 e  sen θ1 versus  sen θ2 a) Verifique a lei de reflexão.

b) Verifique a lei de refração.

c) Quanto vale o índice de refração do acrílico?

d) A partir da determinação de θ lim , qual o valor do índice de refração do acrílico em relação ao ar que você encontrou.

 Questões: 1. Substitua o semicilindro de acrílico por um retângulo o observe o feixe transmitido quando é variado o ângulo de incidência da luz. Que característica tem a direção do feixe transmitido referente ao feixe incidente?

2. Substitua o retângulo por um prisma e varie a posição deste e verifique que o feixe transmitido tenha um ângulo de desvio mínimo. Que característica têm os ângulos dos feixes incidentes e transmitidos?