Objetivos
O experimento tem como objetivo demonstrar as leis da reflexão de um feixe de luz em dois espelhos com superfícies distintas: um côncavo e um convexo.
No espelho côncavo, os alunos poderão observar a formação de um foco real e evidenciar o fenômeno de convergência dos raios. Além disso, será possível calcular a distância focal (distância do vértice do espelho ao foco) e compará-la com o raio de curvatura do espelho (distância do centro de curvatura ao vértice), estabelecendo relações entre essas grandezas.
Com o espelho convexo, os alunos observarão o fenômeno de divergência dos feixes e determinarão a posição do foco virtual.
Por fim, os alunos poderão compreender os diferentes tipos de imagens formadas pelos espelhos, classificando-as quanto à: natureza: real ou virtual, orientação: ereta ou invertida e tamanho: reduzida ou ampliada
No espelho côncavo, os alunos poderão observar a formação de um foco real e evidenciar o fenômeno de convergência dos raios. Além disso, será possível calcular a distância focal (distância do vértice do espelho ao foco) e compará-la com o raio de curvatura do espelho (distância do centro de curvatura ao vértice), estabelecendo relações entre essas grandezas.
Com o espelho convexo, os alunos observarão o fenômeno de divergência dos feixes e determinarão a posição do foco virtual.
Por fim, os alunos poderão compreender os diferentes tipos de imagens formadas pelos espelhos, classificando-as quanto à: natureza: real ou virtual, orientação: ereta ou invertida e tamanho: reduzida ou ampliada
Materiais Necessários
Componentes ópticos
Conjunto de elementos ópticos variados usados em experimentos de projeção.
Régua 20 cm
Régua de 20 cm utilizada para medições nos experimentos.
Suporte de projeção
Suporte que mantém componentes ópticos ou telas na posição adequada durante os experimentos.
Fonte de luz
Fonte de luz artificial utilizada para projeção e experimentos de óptica.
Lente de Fresnel
Utilizada para focalizar a luz
Fendas
Placas com fendas que permitem a passagem controlada da luz, úteis em experimentos de difração e interferência.
Procedimento
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Passo 0
Monte o suporte da fenda, instalando a lente de Fresnel e a placa de várias fendas. Posicione a fonte de luz alinhada ao centro do suporte, a uma distância de 13,5 cm, para permitir que a lente focalize a luz adequadamente. Ligue a fonte de luz.
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Passo 1
Posicione o espelho côncavo centralizado com o feixe e com a superfície refletora perpendicular ao papel. Marque um ponto no local onde os raios refletidos convergem (este será o foco real).
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Passo 2
Com o auxílio de uma régua, meça a distância entre o vértice do espelho e o foco para determinar a distância focal. Meça a distância entre o vértice do espelho e o centro de curvatura (raio de curvatura) e compare-a com a distância focal obtida.
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Passo 3
Substitua o espelho côncavo pelo convexo e repita o procedimento de posicionamento. Para determinar o foco virtual, trace os raios refletidos e prolongue-os para o lado oposto ao da incidência da luz. Considerando que os espelhos possuem o mesmo raio de curvatura, comprove que a distância focal mantém-se igual à medida obtida com o espelho côncavo
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Passo 4
Para construir geometricamente a imagem de um objeto em ambos os espelhos, deve-se seguir as seguintes propriedades:
Um raio paralelo ao eixo é refletido num raio que passa pelo foco;
Pela reversibilidade dos raios, um raio que passa pelo foco é refletido num raio paralelo ao eixo;
Um raio que passa pelo centro é refletido na mesma direção.
*O é o objeto, I é sua imagem, F é o foco do espelho e C o centro de curvatura, as setas indicam os raios.
Resultados
Espera-se que os alunos observem o comportamento dos feixes de luz nos diferentes espelhos. No espelho côncavo, os alunos observarão a convergência do feixe luminoso, com os raios sendo direcionados para um ponto focal real. No espelho convexo, ocorrerá o fenômeno de divergência dos raios luminosos, fazendo com que os raios refletidos se afastem, com o foco situado atrás do espelho (foco virtual).
Em relação à conexão entre distância focal e raio de curvatura, mediante as medições realizadas, os alunos deverão verificar que a distância focal (f) é aproximadamente igual à metade do raio de curvatura (R), ou seja: f ≈ R/2. Além disso, irão comprovar também que esta relação se mantém para ambos os espelhos, uma vez que possuem o mesmo raio de curvatura.
Por fim, será possível classificar as imagens formadas conforme o tipo de espelho. Os alunos poderão compreender que as características das imagens dependem tanto do espelho utilizado quanto da posição do objeto, de modo que espelhos côncavos podem formar imagens reais ou virtuais, invertidas ou eretas, ampliadas ou reduzidas e espelhos convexos formam apenas imagens virtuais, eretas e reduzidas, independentemente da posição do objeto.
Em relação à conexão entre distância focal e raio de curvatura, mediante as medições realizadas, os alunos deverão verificar que a distância focal (f) é aproximadamente igual à metade do raio de curvatura (R), ou seja: f ≈ R/2. Além disso, irão comprovar também que esta relação se mantém para ambos os espelhos, uma vez que possuem o mesmo raio de curvatura.
Por fim, será possível classificar as imagens formadas conforme o tipo de espelho. Os alunos poderão compreender que as características das imagens dependem tanto do espelho utilizado quanto da posição do objeto, de modo que espelhos côncavos podem formar imagens reais ou virtuais, invertidas ou eretas, ampliadas ou reduzidas e espelhos convexos formam apenas imagens virtuais, eretas e reduzidas, independentemente da posição do objeto.
Curiosidades
Durante o cerco de Siracusa (214-212 a.C.), relata-se que o grande matemático e inventor Arquimedes teria utilizado espelhos parabólicos para incendiar a esquadra romana. Ao focalizar os raios solares sobre os navios inimigos, a intensidade da luz concentrada no foco do espelho tornava-se tão grande que poderia provocar combustão. O próprio termo "foco" deriva do latim focus, que significa "lareira" ou "fogo" - uma referência direta a esse poder de concentração energética.
Os espelhos convexos, como os usados em retrovisores de automóveis, proporcionam um campo de visão mais amplo, permitindo que o motorista veja mais área atrás do veículo. Porém, há um empecilho: as imagens aparecem reduzidas e mais distantes do que realmente estão.
Os espelhos convexos, como os usados em retrovisores de automóveis, proporcionam um campo de visão mais amplo, permitindo que o motorista veja mais área atrás do veículo. Porém, há um empecilho: as imagens aparecem reduzidas e mais distantes do que realmente estão.