1— Sobre a refração da luz no meio, responda:
a) Meios físicos compostos por diferentes materiais têm diferentes índices de refração, como por exemplo o diamante (2,42) e a água (1,33). O que é o índice de refração e a quais grandezas ele está relacionado (procure a expressão matemática que é usada sua determinação)?
b) De acordo com a lei de Snell-Descartes, um raio de luz ao atravessar dois meios com índice de refração diferentes, pode sofrer mudanças na trajetória. Explique melhor essa lei e descreva em quais situações o raio de luz se aproxima ou afasta da normal ao ser refratado.
c) A foto ao lado mostra o reflexo de árvores na água. Explique como a superfície da água pode exibir tanto reflexão especular como reflexão difusa?
d) Como a refração da luz permite a compreensão do fenômeno natural em que as cores da luz branca emitidas pelo Sol são separadas e projetadas no ar ao atravessar gotas de água suspensas, após uma chuva por exemplo, o famoso arco-íris?
e) Um sistema de lentes produz a imagem real de um objeto, conforme a figura ao lado. Calcule a distância focal e loca- lize a posição de uma lente que produza o mesmo efeito.
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Respostas
Resposta:
1-a) O índice de refração é a razão entre as velocidades da luz entre dois meios pelos quais ela se propaga. É uma grandeza adimensional e sua formula é N(índice de refração), C(velocidade da luz no vácuo), V(velocidade da luz no meio).
N=C/V
1-b) Refração da luz é definida como a mudança de propagação, como consequência da mudança do meio de propagação. Sendo assim, quando um raio de luz muda para outro, com índices de refração diferentes, ele sofre um desvio, aproximando-se ou afastando-se do normal.
1-c) Quando a luz que se propaga no ar atinge a superfície da água, parte dela (parte da energia luminosa) é refletida e parte é refratada.
1-d) A dispersão ocorre quando a velocidade de propagação da luz no interior de algum meio depende da frequência da onda eletromagnética.
1-e)p+p’=100
4p+p’=100
5p’=100
p’=100/5
p’=20cm
p=80cm
A lente delgada deve ser posicionada a 80cm do objeto
Equação de nitidez de Gauss
1/f=1/p+1/p’
1/f=1/80+1/20
80/f=1+4
f=80/5
f=16
A distância focal é de 16cm.
1-f)O cristalino, uma lente biconvexa, forma uma imagem real e invertida do objeto, a qual fica localizada exatamente sobre a retina. Feito esse processo, essa imagem é enviada ao cérebro pelo nervo óptico. Após inúmeros processos complicados, que a fazem ficar na posição correta, enxergamos o objeto nitidamente. Existem muitos tipos de anomalia como Miopia, Hipermetropia, Astigmatismo, Daltonismo e Estrabismo.
1-g)Há dois tipos de telescópios ópticos: os que operam por refração (refratores) e os que funcionam por reflexos são os (refletores). O telescópio refrator é um cilindro com uma ou mais lentes em cada extremidade. A luz de um objeto distante penetra na extremidade superior do cilindro. A lente daquela extremidade, chamada lente objetiva, capta a luz e a decompõe, focalizando-a em um ponto perto da extremidade inferior do cilindro. A luz então forma uma imagem do objeto. Na extremidade inferior, uma lente chamada ocular aumenta a imagem. Os telescópios refletores são muito mais poderosos que os refratores. Os refletores têm um espelho curvado na extremidade inferior do cilindro. A luz de um objeto é refletida pelo espelho e focalizada em um ponto do cilindro. Nesse ponto, há um segundo espelho, que reflete a luz para o lado, fazendo-a sair através de uma abertura lateral. Nessa abertura, uma lente ocular aumenta a imagem formada pela luz.
Explicação:
1) O índice de refração é a razão entre as velocidades da luz entre dois meios pelos quais ela se propaga. Podendo ela ser, absoluta ou relativa dependendo do meio em que ela se propaga. O índice de refração é uma grandeza adimensional, podendo ser calculada através da fórmula: N (índice de refração) = C (velocidade da luz no vácuo) / V (velocidade da luz no meio).
b) esta lei determina que o produto do seno do ângulo formado entre o raio de luz e a reta normal e o índice de refração do meio deve ser constante. Caso o raio de luz passe para uma região de maior índice de refração, ocorrerá diminuição no valor da velocidade, e então ele se aproximará da reta normal. Se o raio de luz mudar para uma região de menor índice de refração, ocorrerá aumento no valor da velocidade, e então ele se afastará da reta normal.
c) A superfície da água funciona como um espelho, tendendo a um espelho que tudo reflete quando o ângulo de incidência se aproxima dos noventa graus ou a direção de propagação da luz incidente tender a ser paralela à superfície da água. A foto acima exemplifica que a superfície calma da água pode ser um espelho quase perfeito.
d) A dispersão ocorre quando a velocidade da propagação da luz no interior de algum meio depende da frequência da onda eletromagnética
e) P = 80 cm
F = 16 cm
f) Quando olhamos na direção de algum objeto, a imagem atravessa a córnea e chega à íris, que regula a quantidade de luz recebida por meio de uma abertura chamada pupila. Quanto maior a pupila, mais luz entra no olho. Passada a pupila, a imagem chega ao cristalino e é focada sobre a retina. A lente do olho produz uma imagem invertida, e o cérebro a converte para a posição correta. Na retina, mais de cem milhões de células fotorreceptoras transformam as ondas luminosas em impulsos eletroquímicos, que são decodificados pelo cérebro.
g) Há dois tipos de telescópios ópticos: os que operam por refração (refratores) e os que funcionam por reflexos são os (refletores). O telescópio refrator é um cilindro com uma ou mais lentes em cada extremidade. A luz de um objeto distante penetra na extremidade superior do cilindro. A lente daquela extremidade, chamada lente objetiva, capta a luz e a decompõe, focalizando-a em um ponto perto da extremidade inferior do cilindro. A luz então forma uma imagem do objeto. Na extremidade inferior, uma lente chamada ocular aumenta a imagem. Os telescópios refletores são muito mais poderosos que os refratores. Os refletores têm um espelho curvado na extremidade inferior do cilindro. A luz de um objeto é refletida pelo espelho e focalizada em um ponto do cilindro. Nesse ponto, há um segundo espelho, que reflete a luz para o lado, fazendo-a sair através de uma abertura lateral. Nessa abertura, uma lente ocular aumenta a imagem formada pela luz.
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