Objetivos
O objetivo deste experimento é observar os fenômenos da refração e da reflexão total. Vamos verificar experimentalmente a lei da refração e usar os dados para determinar o índice de refração n do bloco de plástico. Além disso, vamos identificar e medir o ângulo crítico θc, a partir do qual ocorre a reflexão total.
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.
Transferidor
Transferidor usado para medições de ângulos em experimentos ópticos.
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 fenda única. 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. Trace o trajeto do raio a lápis.
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Passo 1
Posicione o bloco semicircular de forma que o raio de luz incida na parte curva e saia pela face plana, fazendo com que o centro do semicírculo coincida com o traço previamente marcado sobre o papel.
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Passo 2
Comece na configuração em que o raio atravessa o bloco sem sofrer desvio perceptível (incidência normal). Utilize um palito de dente para representar a reta normal à face plana do bloco.
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Passo 3
Gire gradualmente o bloco semicircular, variando o ângulo de incidência do feixe de luz. Para cada posição, observe o desvio sofrido pelo raio ao emergir da face plana do bloco e marque sua trajetória sobre o papel.
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Passo 4
Utilize o transferidor para medir o ângulo de incidência (θi) e o ângulo de refração (θr) correspondentes a cada configuração observada. Registre os valores obtidos para posterior análise.
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Passo 5
Continue aumentando o ângulo θi até que o feixe refratado no ar desapareça e o raio seja totalmente refletido de volta para dentro do próprio plástico. Meça o ângulo crítico θc, que é o ângulo de incidência θi para o qual o raio refratado sai quase tangente a superfície plana.
Resultados
Ao construir um gráfico de senθi versus senθr, os pontos devem formar uma linha reta.
A relação encontrada deve seguir a lei da refração: senθi = (1/n) senθr. O valor de n (índice de refração do plástico) pode ser calculado a partir da inclinação desse gráfico.
Será observado que para ângulos de incidência θi maiores que o ângulo crítico θc (onde senθc = 1/n), o feixe sofre reflexão total.
A relação encontrada deve seguir a lei da refração: senθi = (1/n) senθr. O valor de n (índice de refração do plástico) pode ser calculado a partir da inclinação desse gráfico.
Será observado que para ângulos de incidência θi maiores que o ângulo crítico θc (onde senθc = 1/n), o feixe sofre reflexão total.
Curiosidades
O mesmo princípio de refração que observamos neste experimento é o que explica uma famosa ilusão de ótica: quando colocamos um lápis dentro de um copo com água, ele nos parece "quebrado" ao olharmos de lado. Isso acontece porque os raios de luz que vêm da parte submersa do lápis mudam de direção (sofrem refração) ao passar da água para o ar antes de chegarem aos nossos olhos.