Imagem real e virtual Espelho plano Constando fatos que ocorrem num espelho plano Espelho Esférico Espelhos côncavos e convexos

Transcrição

1 Imagem real e virtual Pode-se dizer que uma imagem real é aquela que podemos projetar num anterparo (tela,parede...), já a imagem virtual não pode ser projetada. Ainda pode-se dizer, de acordo com os raios de luz que as forma, que real é aquela imagem formada pelos raios que efetivamente "saem' do sistema óptico (lente ou espelho), enquanto que imagem virtual é formada pelo prolongamento desses raios. Quando olhamos para um espelho plano, vemo-nos como se a imagem estivesse dentro do espelho certo? A essa imagem que está "dentro" do espelho chamamos de imagem virtual. Espelho plano Um espelho plano é uma placa de vidro cuja superfície posterior recebeu uma fina película de prata. Quando a luz incide em uma superfície deste tipo, ela é refletida regularmente. Essa regularidade da reflexão é que permite a formação de imagens. Como isso não acontece nos corpos cujas superfícies são rugosas, estes não produzem imagens. As superfícies rugosas, quando iluminadas nos revelam somente sua própria forma, textura e cor. Quando vamos dirigir um carro, precisamos ajustar a posição dos espelhos retrovisores para enxergar o que está atrás dele. Qualquer alteração na posição do espelho ou da cabeça do motorista pode impedir esta visualização, porque os feixes de luz que incidem no espelho plano são refletidos em direções determinadas. Ou seja, os feixes de luz emitidos por um carro que está atrás só serão vistos pelo motorista se refletirem no espelho e incidirem sobre seus olhos. Em um espelho plano comum, vemos nossa imagem com a mesma fora e tamanho, mas parece que encontra-se atrás do espelho, invertida (esquerda na direita e vice-versa), à mesma distancia que nos encontramos dele. Os raios que partem de um objeto, diante de um espelho plano, refletem-se no espelho e atingem nossos olhos. Assim, recebemos raios luminosos que descreveram uma trajetória angular e temos a impressão de que são provenientes de um objeto atrás do espelho, em linha reta, isto é, mentalmente prolongamos os raios refletidos, em sentido oposto, para trás do espelho. Constando fatos que ocorrem num espelho plano Simetria a distância entre as respectivas imagens formadas no espelho (mesma distância) Igualdade o tamanho da imagem é igual ao tamanho do objeto Revertida ou reversa o lado esquerdo do objeto corresponde ao lado direto da imagem. Espelho Esférico Para se obter imagens nítidas em espelhos esféricos, Gauss observou que os raios de luz deveriam incidir paralelos ou pouco inclinados em relação ao eixo principal e próximos dele. Assim, para se ter nitidez na imagem, o ângulo de abertura do espelho tem que ser inferior a 10 graus. Se essas condições forem obedecidas, esses espelhos são chamados de espelhos esféricos de Gauss. Espelhos esféricos são superfícies refletoras que têm a forma de calota esférica. São côncavos se a superfície refletora for a parte interna, ou convexos, se a superfície refletora for a parte externa. Espelhos côncavos e convexos Um objeto próximo de um espelho côncavo (curvatura para dentro) produzirá uma imagem na posição correta e ampliada. Um objeto distante produzirá imagem de cabeça para baixo e reduzida. A imagem de um objeto num espelho convexo (curvatura para fora), como nos espelhos retrovisores como dos carros, estará na posição correta, mas será reduzida.

2 Lentes esféricas As lentes esféricas são meios transparentes, nos quais a luz pode se propagar. Possuem duas faces esféricas ou uma face esférica e a outra plana. As lentes podem apresentar dois comportamentos ópticos: convergente e divergente. Lentes esféricas convergentes Em uma lente esférica com comportamento convergente, a luz que incide paralelamente entre si é refratada, tomando direções que convergem a um único ponto. Tanto lentes de bordas finas como de bordas espessas podem ser convergentes, dependendo do seu índice de refração em relação ao do meio externo. O caso mais comum é o que a lente tem índice de refração maior que o índice de refração do meio externo. Nesse caso, um exemplo de lente com comportamento convergente é o de uma lente biconvexa (com bordas finas): Já o caso menos comum ocorre quando a lente tem menor índice de refração que o meio. Nesse caso, um exempo de lente com comportamento convergente é o de uma lente bicôncava (com bordas espessas): Defeitos da visão Esquema de um Olho Humano Um dos mais importantes entre os cinco sentidos humanos é a visão. Ela nos permite a percepção do mundo com todas as suas formas e cores, que tanto impressionam o homem desde os tempos mais remotos. Didaticamente, dividimos o olho humano em: Cristalino: Parte frontal do olho que funciona como uma lente convergente, do tipo biconvexa. Puplila: comporta-se como um diafragma, controlando a quantidade de luz que penetra no olho. Retina: é a parte sensível à luz, onde são projetadas as imagens formadas pelo cristalino e enviadas ao cérebro. Músculos ciliares: comprimem convenientemente o cristalino, alterando a distância focal. O olho humano pode apresentar algumas anormalidades que levam a dificuldades de enxergar em algumas situações. Essas anormalidades podem ser: Miopia, Hipermetropia, Astigmatismo, Presbiopia e Estrabismo.

3 Estudaremos agora essas disfunções do globo ocular e qual o melhor método de correção desses problemas. Miopia É uma anomalia da visão que consiste em um alongamento do globo ocular. Nesse caso há um afastamento da retina em relação ao cristalino, fazendo que a imagem seja formada antes da retina, tornando-a não nítida. Para o míope, o ponto próximo (ou remoto), que é o ponto onde a imagem é nítida, está a uma distância finita, maior ou menor, conforme o grau da miopia. O míope tem grandes dificuldades de enxergar objetos distantes. A correção da miopia é feita comumente com a utilização de lentes divergentes. Ela fornece, de um objeto impróprio (objeto no infinito), uma imagem virtual no ponto remoto do olho. Essa imagem se comporta como objeto para o cristalino, produzindo uma imagem final real exatamente sobre a retina. À Esquerda, esquema do olho míope. À direita, visão do míope. Hipermetropia A hipermetropia é um defeito oposto à miopia, ou seja, aqui existe uma diminuição do globo ocular. Nesse caso a imagem de objetos próximos é formada além da retina, fazendo aquelas imagens não sejam formadas com nitidez. A correção desse defeito é possível através da utilização de uma lente convergente. Tal lente convergente deve fornecer, de um objeto real, situado em um ponto próximo do olho, uma imagem que se comporta como objeto real para o olho, dando uma imagem final nítida. À esquerda, esquema do olho do Hipermétrope. À direita, a visão do hipermétrope Astigmatismo Consiste no fato de que as superfícies que compõem o globo ocular apresentam diferentes raios de curvatura, ocasionando uma falta de simetria de revolução em torno do eixo óptico. A correção é feita com a utilização de lentes cilíndricas capazes de compensar tais diferenças entre os raios de curvatura.

4 ELETRIZAÇÃO POR ATRITO, CONTATO E INDUÇÃO Os processos de eletrização ocorrem na natureza constantemente e, muitas vezes, tais fenômenos passam despercebidos por nós. O fenômeno da eletrização consiste na transferência de cargas elétricas entre os corpos, e essa transferência pode ocorrer por três processos conhecidos: por atrito, por contato e por indução. Eletrização por atrito Para entender como ocorre a eletrização por atrito, faça a seguinte experiência. Pegue uma caneta esferográfica e corte alguns pedaços de papel bem pequeno. Agora atrite a parte de trás da caneta em seu cabelo e depois aproxime a parte atritada aos pedaços de papel. Você irá observar os pequenos pedaços de papel sendo atraídos pela caneta. Isso ocorre porque quando você atritou a caneta no seu cabelo, houve uma transferência de elétrons entre os dois corpos, o que deixou a caneta carregada eletricamente. Ao aproximar essa caneta dos pedaços de papel, que são neutros, eles serão atraídos. É importante assinalar que após o atrito, os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos. Isso é determinado por uma tabela chamada de série triboelétrica. Na figura que segue temos uma versão resumida dessa série. Figura 1 É muito simples entender o funcionamento da série triboelétrica. Se atritarmos, por exemplo, lã com celuloide, a lã ficará carregada positivamente, enquanto que o celuloide ficará carregado negativamente. Isso quer dizer, que durante o atrito, a lã perdeu elétrons e o celuloide, por sua vez, ganhou elétrons. A eletrização por contato A eletrização por contato, diferentemente da eletrização por atrito, necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente. Para entender o funcionamento do processo da eletrização por contato, considere um condutor carregado positivamente e outro condutor neutro. Figura 2 Aproxima-se o condutor positivo do condutor neutro até que ocorra o contato entre eles. Quando isso acontece, haverá uma transferência de elétrons do corpo neutro para o corpo carregado positivamente. Essa transferência irá ocorrer de maneira bem rápida até que ambos os condutores fiquem com o mesmo potencial elétrico. Figura 3

5 Separando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo sinal. Figura 4 É importante salientar também que está valendo o princípio da conservação das cargas elétricas, que diz que a quantidade de cargas elétricas antes do contato é igual à quantidade de cargas elétricas depois do contato. Se os dois corpos forem absolutamente idênticos, no final da experiência eles ficarão com a mesma quantidade de carga elétrica, que será determinada pela média aritmética da quantidade de cargas antes do contato. Eletrização por indução Na eletrização por atrito e por contato, há obrigatoriamente a necessidade do contato físico entre os corpos. Na eletrização por indução isso já não é necessário e é por isso que esse processo recebe esse nome. Considere três condutores, um carregado eletricamente e ou outros dois neutros e encostados um no outro. Figura 6 Aproxima-se o condutor carregado dos condutores neutros. O condutor carregado será o indutor e os condutores neutros, os induzidos. Durante essa aproximação, observa-se uma separação de cargas nos condutores neutros. Como o indutor é positivo, o induzido mais próximo do indutor ficará negativo e o induzido mais afastado ficará positivo. Figura 7 Agora com o indutor ainda próximo, separam-se os dois condutores que estão juntos. Figura 8

6 E por fim retira-se o indutor das proximidades dos outros dois corpos. Teremos como resultado os dois condutores que inicialmente eram neutros, agora carregados com cargas de sinais a opostos. Note que em momento algum houve o contato entre o condutor carregado e os condutores inicialmente neutros. Figura 9 Um exemplo de uma consequência da eletrização por indução são os raios. Quando temos uma nuvem carregada eletricamente durante uma tempestade, ela irá induzir na superfície cargas de sinais opostos criando assim um campo elétrico entre a nuvem e a superfície. Se esse campo elétrico for muito intenso teremos uma descarga elétrica violenta que nós conhecemos como raio. CONDUTORES E ISOLANTES De maneira simplificada, os corpos condutores uma vez eletrizados com certa carga, têm essa carga distribuída por toda a sua extensão. São exemplos comuns de condutores os corpos metálicos. Corpo isolante, uma vez eletrizado com certa carga, permanece com ela retida na região originalmente eletrizada. São exemplos de isolantes: vidro, borracha, papel, plástico, madeira, etc. ELETRICIDADE E CORRENTE ELÉTRICA A eletricidade consiste, de uma forma resumida, na passagem de elétrons e íons presentes na natureza de um corpo para outro. Essa ação depende de uma série de fatores: se o corpo é um condutor ou isolante, da criação de um campo elétrico (fenômeno causado por ação de cargas elétricas que exercem força sobre outro corpo num determinado espaço), do potencial elétrico (o poder do campo elétrico de realizar um trabalho) e ainda outras variáveis como a potencial elétrica, a existência de correntes elétricas e outros fatores. Corrente Elétrica Ao se estudarem situações onde as partículas eletricamente carregadas deixam de estar em equilíbrio eletrostático passamos à situação onde há deslocamento destas cargas para um determinada direção e em um sentido, este deslocamento é o que chamamos corrente elétrica. Estas correntes elétricas são responsáveis pela eletricidade considerada utilizável por nós. Normalmente utiliza-se a corrente causada pela movimentação de elétrons em um condutor, mas também é possível haver corrente de íons positivos e negativos (em soluções eletrolíticas ou gases ionizados). A corrente elétrica é causada por uma diferença de potencial elétrico (d.d.p./ tensão). E ela é explicada pelo conceito de campo elétrico, ou seja, ao considerar uma carga A positiva e outra B, negativa, então há um campo orientado da carga A para B. Ao ligar-se um fio condutor entre as duas os elétrons livres tendem a se deslocar no sentido da carga positiva, devido ao fato de terem cargas negativas, lembrando que sinais opostos são atraídos. Desta forma cria-se uma corrente elétrica no fio, com sentido oposto ao campo elétrico, e este é chamado sentido real da corrente elétrica. Embora seja convencionado que a corrente tenha o mesmo sentido do campo elétrico, o que não altera em nada seus efeitos (com exceção para o fenômeno chamado Efeito Hall), e este é chamado o sentido convencional da corrente. Para calcular a intensidade da corrente elétrica (i) na secção transversal de um condutor se considera o módulo da carga que passa por ele em um intervalo de tempo, ou seja:

7 Resistência Elétrica Ao aplicar-se uma tensão U, em um condutor qualquer se estabelece nele uma corrente elétrica de intensidade i. Para a maior parte dos condutores estas duas grandezas são diretamente proporcionais, ou seja, conforme uma aumenta o mesmo ocorre à outra. Desta forma: A esta constante chama-se resistência elétrica do condutor (R), que depende de fatores como a natureza do material. Quando esta proporcionalidade é mantida de forma linear, chamamos o condutor de ôhmico, tendo seu valor dado por: Associação de Resistores Em nosso dia-a-dia utilizamos vários aparelhos elétricos onde são empregados circuitos com dois ou mais resistores. Em muitos destes circuitos utiliza-se uma associação de resistores. A associação de resistores pode ocorrer basicamente de três maneiras diferentes: Associação em série, associação em paralelo e associação mista. Em algumas aplicações vários resistores são ligados um em seguida do outro para obter o circuito desejado, como é o caso das lâmpadas decorativas de natal, um bom exemplo de associação de resistores em série. Associação em série: Na associação em série todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica. Os resistores são ligados um em seguida do outro, existindo apenas um caminho para a corrente elétrica. Observe a figura abaixo: O valor da resistência equivalente é dado pela soma das resistências dos resistores que constituem a série. Associação em Paralelo Nesse tipo de associação os resistores são ligados um do lado do outro, de forma que todos os resistores ficam submetidos à mesma diferença de potencial, veja como fica o esquema de um circuito com associação de resistores em paralelo: A corrente elétrica total que circula por este tipo de circuito é igual à soma da corrente elétrica que atravessa cada um dos resistores, ou seja: i = i 1 + i 2 + i 3 O valor da resistência equivalente desse tipo de circuito elétrico é sempre menor do que o valor de qualquer uma das resistências que compõem o circuito. E para calcular o seu valor, o da resistência equivalente, podemos utilizar a seguinte equação matemática:

8 Associação Mista Uma associação mista é composta quando associamos resistores em série e em paralelo no mesmo circuito. Observe na figura abaixo que os resistores R1 e R2 estão em série e os resistores R3 e R4 estão em paralelo: Nas associações mistas também podemos encontrar um valor para a resistência equivalente. Para isto devemos considerar cada associação (série ou paralelo) separadamente, sendo que todas as propriedades descritas acima são válidas para estas associações. 1- O fusível é considerado um dispositivo que previne os circuitos elétricos. Eles são ligados em série, e a parte do circuito elétrico, deve ficar protegida. Eles são compostos por alguns condutores de baixo ponto de fusão, como por exemplo, o estanho e o chumbo. Quando uma corrente elétrica de intensidade maior do que a permitida passa por esse circuito, elas se fundem e interrompem o circuito. 2- O Disjuntor tem a mesma função do fusível que é proteger uma instalação elétrica contra os circuitos elétricos, ou seja, ele abre o circuito caso a corrente elétrica ultrapasse determinado valor. Vejamos como são os disjuntores: Potência elétrica Quando um trabalho é realizado num intervalo de tempo menor que a de outro, nos referimos à potência, estamos relacionando o trabalho com o tempo gasto para realizá-lo Se um guindaste A demora, por exemplo, 100s para elevar os blocos, enquanto o guindaste B gasta 150s, as potências dos dois guindastes são diferentes. Cálculo da Potência Elétrica Em Física o conceito de trabalho pode estar relacionado à transferência de energia. Assim podemos escrever a equação da potência da seguinte forma: Exemplo: Suponha que um resistor, submetido a uma determinada tensão e a uma intensidade de corrente, transforma J de energia elétrica em energia térmica, em 5s. Qual será a potência desse resistor? Podemos calcular o valor da potência, multiplicando o valor da tensão elétrica aplicada no circuito (U) pelo valor da intensidade da corrente (i) que percorre o resistor.

9 Exemplo: Uma lâmpada incandescente apresenta os calores nominais 120V 150W. Qual o valor da resistência elétrica dessa lâmpada? 1) Complete os espaços abaixo. A partir de um objeto real, um espelho plano forma uma imagem: a) Formada no encontro dos prolongamentos dos raios refletidos, b) Está à mesma distância do espelho que o objeto, c) Com as mesmas dimensões do objeto, d) O lado direito da imagem corresponde ao esquerdo do objeto 2) Um objeto está em frente a um espelho plano, a 10cm dele. O olho de um observador está a 20cm do espelho e sobre a mesma linha que liga o objeto à imagem do objeto. A que distância do olho do observador se forma a imagem do objeto? a) 10cm b) 20cm c) 30cm d) 40cm e) 50cm 3) A figura a seguir mostra esquematicamente dois defeitos de visão, que podem ser corrigidos pelo uso das seguintes lentes: a) convergentes para os casos A e B. b) divergentes para os casos A e B. c) convergente para o caso A e divergente para o caso B. d) divergente para o caso A e convergente para o caso B. e) um dos defeitos mostrados não pode ser corrigido com o uso de lentes. 4) (Unesp) A figura a seguir representa um espelho plano, um objeto, 0, sua imagem, I, e cinco observadores em posições distintas, A, B, C, D e E. Entre as posições indicadas, a única da qual o observador poderá ver a imagem I é a posição a) A. b) B. c) C. d) D. e) E.

10 5) Complete corretamente, e em sequência, a afirmativa. Lentes divergentes de vidro envolvidas pelo ar, forma, sempre, imagens de objetos reais, que são e que os objetos. a) virtuais; maiores c) reais; de mesmo tamanho e) reais; menores b) virtuais; menores d) reais; maiores 6) A imagem da figura a seguir obtida por reflexão no espelho plano E é mais bem representada por: 7) Em uma alusão ao episódio em que Arquimedes teria usado uma lente para queimar as velas de navios utilizando a luz solar, o cartunista Mauricio de Sousa fez a seguinte tirinha: (RAMALHO Jr., F. et alii. Os Fundamentos da Física. São Paulo: Moderna, 1979.) Sabendo que essa lente está imersa no ar, pode-se afirmar que ela é do tipo: a) plana b) côncava c) convexa d) côncavo-convexa 8) A correção da miopia e a correção da hipermetropia são feitas com lentes respectivamente: MIOPIA HIPERMETROPIA a) afocal divergente b) convergente divergente c) afocal convergente d) divergente afocal e) divergente convergente 9) Considere as afirmações: I Na eletrização por atrito, os corpos atritados adquirem cargas de mesmo valor absoluto e sinais contrários. II Na eletrização por contato o corpo neutro adquire carga de mesmo sinal que o eletrizado. III Na eletrização por contato os corpos adquirem cargas de sinais contrários. São corretas: a) todas b) apenas I e II c) apenas I e III d) apenas II e III e) nenhuma.

11 10) Explique o que acontece nas ilustrações abaixo: A B C A: B: C: A figura abaixo está relacionada às questões 1, 2 e 3. 11) Observe os esquemas dos circuitos A, B e C. Indique o tipo de resistores: A = B = C = 2) Se a lâmpada R 3 se queimar, o que irá acontecer nos circuitos com as demais lâmpadas: A = B = C = 12) Em uma residência, na qual a voltagem é de 120V, está instalado um fusível de 27A. Nesta residência são utilizados eventualmente diversos aparelhos eletrodomésticos, nos quais encontra-se especificada a potência de cada um: Chuveiro: 20A ; Televisor: 1A; Liquidificador: 2A; Ebulidor: 7A; Lâmpadas: 0,5A(cada uma). O fusível queimará se forem ligados simultaneamente: ( ) chuveiro, o televisor e o liquidificador. ( ) O chuveiro e o ebulidor. ( ) O ebulidor, o liquidificador e o televisor. ( ) 10 lâmpadas, o televisor e o chuveiro. ( ) O ebulidor, o televisor, o liquidificador e 5 lâmpadas. 13)Quais dispositivos tem função que é proteger uma instalação elétrica contra os circuitos elétricos, ou seja, ele abre o circuito caso a corrente elétrica ultrapasse determinado valor.