3 a fase Prova Experimental Caderno de Questões para alunos do 2ª série

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Maria Fernanda Sacramento da Rocha
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3 a fase Prova Experimental Caderno de Questões para alunos do 2ª série LEIA ATENTAMENTE AS INSTRUÇÕES

02) O Caderno de Resoluções possui instruções que devem ser lidas cuidadosamente antes do início da prova.

1 3 a fase Prova Experimental Caderno de Questões para alunos do 2ª série LEIA ATENTAMENTE AS INSTRUÇÕES ABAIXO: 01) Esta prova destina-se exclusivamente a alunos da 2ª série do ensino médio. 02) O Caderno de Resoluções possui instruções que devem ser lidas cuidadosamente antes do início da prova. 03) Todos os resultados numéricos de medidas e cálculos devem ser expressos de acordo com as instruções específicas. 04) A duração desta prova é de duas horas e trinta minutos, devendo o aluno permanecer na sala por no mínimo noventa minutos. Observação: Ao final deste caderno você pode encontrar uma tabela com valores da função seno entre 0 e 90º. 1

PROPRIEDADES ÓPTICAS DE ELEMENTOS DE ACRÍLICO Introdução (leia atentamente): Acrílico ou polimetil-metacrilato é um material termoplástico rígido e transparente. Tem densidade média de 1,19g/cm 3.

2 PROPRIEDADES ÓPTICAS DE ELEMENTOS DE ACRÍLICO Introdução (leia atentamente): Acrílico ou polimetil-metacrilato é um material termoplástico rígido e transparente. Tem densidade média de 1,19g/cm 3. O acrílico é o plástico mais utlizidado na confecção de elementos ópticos de precisão. Sua transparência é de cerca de 92% e superior a outros tipos de plástico. O objetivo desta prática é determinar as propriedades ópticas do acrílio, mais precisamente seu índice de refração. Índice de refração (n) é a relação entre a velocidade da luz no vácuo (c) e a velocidade da luz em um determinado meio (v). A propriedade é descrita pela seguinte relação: c n = v A Lei da Refração, conhecida como lei de Snell-Descartes, mostra a relação entre os índices de refração dos materiais e os ângulos de refração de um feixe de luz ao atravessar a interface entre dois materiais diferentes. A relação é escrita como: n sen θ ) = n sen( ) 1 ( 1 2 θ 2 Kit experimental: O kit experimental é composto pelas seguintes partes: 1 Fonte de luz colimada composta por um cilindro de alumínio e um LED (diodo emissor de luz) branco no seu interior. A fonte é alimentada por duas pilhas AA de 1,5 Volts. Para ligar a fonte é necessário que as pilhas sejam colocadas com as polaridades corretas no suporte de pilhas. A fonte é para ser utlizada sobre uma superfície plana, sendo possível acompalhar o trajeto do feixe luminoso sobre uma folha de papel branca. Os desenhos que serão solicitados devem ser feitos sobre as folhas de papel do caderno resoluções. Observação: Antes de conectar as pilhas verifique a polaridade (+ ou -) no suporte e nas pilhas. Caso as pilhas sejam colocadas de forma incorreta o LED não ligará. Cuidado: Não puxe os fios de alimentação da fonte porque poderão se desconectar do suporte e/ou do LED. 2 Instrumentos de medida: uma régua de 20cm; um transferidor de 180 o e um lápis. 3 Elemento Óptico Um prisma triangular de acrílico e um semi-cilindro de acrílico. Todo o material esta acondicionado numa pasta de plástico transparente. Manuseio com cuidado e identifique as partes. Ao final da prova coloque todo o material novamente dentro da pasta e o entregue ao fiscal. É expressamente proibido levar o material consigo. 2

3 FOTOS DO KIT E DA OPERAÇÃO DA FONTE FONTE DE LUZ 3

4 PARTE I PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS 1) Meça as dimensões do prisma de acrílico como indicado na figura abaixo. Use H=altura. Expresse seus valores em cm, indicando-os na tabela correspondente. D 3 D 1 2) De posse das dimensões determine o volume do prisma de acrílico. De sua resposta em cm 3. 3) Determine a massa do prisma em gramas. D 2 PARTE II DIVERGÊNCIA DA FONTE Considerando o LED como uma fonte pontual, a luz ao atravessar a fenda de saída, tera uma certa divergência a qual denotaremos por θ. Coloque a fonte de luz sobre a folha (página 3) do caderno de respostas. Faça o contorno da fonte, identificando-a, e trace os dois raios mais externos como indicado na figura abaixo, juntamente com o raio central. da fonte Feixe de luz Feixe de luz θ 1) A partir do desenho da montagem meça o valor do ângulo θ em graus. PARTE III MEDIDA DO DESVIO ANGULAR Um feixe de luz ao atravessar um prisma inclinado sofrerá um desvio angular, o qual denotaremos por θ d. Veja o esquema da montagem representado na figura abaixo, o qual deverá ser reproduzido experimentalmente na folha de resposta. Normal a superfície θ i θ d 4

5 1) Verifica-se experimentalmente que o desvio angular mínimo ocorre quando a luz passa através do prisma em trajetória simétrica ao plano bissetor do ângulo do prisma. Faça três montagens diferentes (use as páginas 5 e 6 nos locais indicados). Nestas três montagens meça o ângulo θ d correspondente ao desvio mínimo com relação ao feixe incidente. Desenhe somente o feixe de luz central. Faça o contorno da fonte e o do prisma de acrílico. Determine para estas três montagens os valores de θ i (grau) e θ d (grau), e os indique na tabela da página 4. 2) Considerando como 1 o índice de refração do ar determine o índice de refração do prisma na condição de desvio mínimo para as três montagens. Indique os valores obtidos para n na tabela da página 4. Na condição de desvio mínimo temos: sen n = [( A +θ d )/ 2] sen( A/ 2) A θ d Calcule o valor médio para o índice de refração do acrílico e o indique na tabela da página 4. PARTE IV MEDIDA DO ÂNGULO DE REFLEXÃO TOTAL 1) Faça a montagem de acordo com o esquema proposto abaixo (utilize a página 7). Obtenha a condição de reflexão total como indicado no esquema abaixo e meça o valor de θ r, indicando-o na tabela e o desenho da montagem na folha (indique os contornos da fonte e do prisma e desenhe somente o feixe central). Na condição de reflexão total θ r a luz reflete totalmente na superfície oposta a face por onde a luz incide no prisma. Normal a superfície θ r 5

6 PARTE V MEDIDA DO FOCO 1) Faça as duas montagens representadas na figura abaixo usando agora o semi-cilindro como uma lente planoconvexa. Desenhe o feixe central nos espaços reservados na página 9 (montagem 1 e montagem 2). Meça F e indique seus valores na tabela da página 8. F F 2) A partir da equação do fabricante de lente determine o valor do índice de refração n para as duas montagens. Indique os valores na tabela (pag. 8) e calcule o valor médio. Para a lente Plano-Convexa: 1 F 1 = ( n 1) R onde R é o raio do semi-cilindro. 3) Compare os valores médios dos índices de refração para o acrílico obtidos na parte III (prisma) e na parte V (com a lente semi-cilindro). 6

7 Tabela de valores da função seno θ(graus) sen(θ) θ(graus) sen(θ) 0 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,7191 7

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