NOTA EXPERIMENTAL 04 VERIFICAÇÃO EXPERIMENTAL DA LEI DE SNELL por:   Antonio Carlos da Costa

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1 - Introdução

A observação de fenômenos luminosos tem fascinado o homem desde as mais remotas eras. A propagação retilínea da luz por exemplo, já era conhecida na época dos Babilônios e, a igualdade entre os ângulos de incidência e reflexão, datam dos ensinamentos da escola de Platão (400 a.C.) onde nasceram as bases da Óptica Geométrica.

"De todos os fenômenos o mais apaixonante é o da refração. Suas inúmeras manifestações e diversificadas aparências desde os tempos mais remotos instigaram a imaginação humana ao sonho e a fantasia. As abordagens e especulações de caráter ora místico, ora científico, em torno do assunto tem sido uma constante nos diversos graus de desenvolvimento da humanidade. Euclides (302 a.C.) em sua ÓPTICA E CATRÓPTICA,  já procurava definir os efeitos da refração, o que de modo algum significa ter sido dos primeiros a se interessar pela matéria".

Modificações essenciais no estudo dos fenômenos luminosos só ocorreram cerca de dois mil anos depois com os trabalhos de Descartes, que abordou de maneira integral e coerente as leis de refração descobertas por Snell, e Newton, que com sua teoria de emissão corpuscular, lançou as bases da Óptica Física.

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Quando um feixe de luz se propaga de um meio transparente para outro, sua direção em geral muda na interface entre os dois meios. A lei de refração relaciona os ângulos do feixe incidente q i e do feixe refratado q r em relação à normal.

Medindo-se vários ângulos q i e os respectivos q r podemos constatar a lei da refração, o que fica muito claro se fizermos o gráfico de sen q i x sen  q r.

Fig. 15.1 - Lei de Snell

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2 - OBJETIVO

Determinação do índice de refração de um líquido, usando uma cubeta semi-circular montada em um espectrômetro.

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3 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

a) Equipamento

Fig. 15.2 - Esquema óptico da montagem

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Usando-se o ESPECTRÔMETRO como o da fig. 15.5, uma fonte espectral de luz (Na, He ou Hg ), e uma cubeta semi circular de vidro com um líquido desconhecido, é possível através das medidas dos ângulos de incidência , reflexão, e refração a determinação do índice de refração do líquido contido na cubeta .

Na fig. 15.2 podemos observar pelo esquema óptico que o equipamento é constituído de um colimador com fenda S, uma mesa giratória , e uma luneta também presa a uma base giratória . A mesa tem uma escala dividida em graus, e uma escala em minutos. A largura da fenda é ajustada por meio de um parafuso.

O funcionamento da escala para medida dos ângulos esta explicado em uma foto no laboratório.

A fonte de luz ilumina a fenda S colocada no plano focal da lente L1 . Os raios paralelos emergentes do colimador incidem sobre a cubeta e sofrem um desvio angular. A luz refletida é focalizada pela luneta móvel e observa-se a fenda através da ocular (Leitura L2).

A luz refratada é focalizada no anteparo colocado sobre a lente da luneta móvel e posicionada sobre o traço de referência (Leitura L3).Tanto a mesa giratória como a luneta, possuem uma trava que devem ser delicadamente apertadas, toda vez que um movimento fino for necessário.

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b) método

a) Alinhar a fenda de entrada de luz com a luneta de leitura, depois ajustar  o zero do Vernier  com a leitura L1 = 90^o  (Fig. 15.3 para facilitar o espaço para as leituras)

b) Faça as leituras L2 e L3 para cada ângulo de incidência (A leitura L1 será feita apenas uma vez)

b) Monte uma tabela contendo pelo menos 8 ângulos de incidência entre 15o e 80o. Na mesma tabela coloque uma coluna de sen q i e outra de sen qr ( Veja  fig. 15.3).

c) Faça um gráfico de sen q ix sen q r em papel milimetrado ou use um software, e do gráfico obtido, determine os parâmetros

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A constante n é o índice de refração do líquido em relação ao ar .

L1, L2, L3 são as leituras dos ângulos em uma das janelas de leitura. Pela geometria :

q i = 180 - | L1 - L2|

2

q r = q i - | L3 - L1 |

Fig. 15.3 – Esquema geométrico para as leituras

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5 - ROTEIRO SUGERIDO

a) Alinhar a fenda de entrada de luz com a luneta de leitura, depois ajustar  o "zero" do Vernier  com a leitura L1  = 90^o

 

Para cada um dos 2 liquidos:

b) Fazer a leitura L2, observando a imagem refletida através da ocular do espectrômetro

c) Fazer a leitura L3, cobrindo a luneta móvel com a tampa de alumínio (Observar a referência).

d) Deslocar a cubeta aproximadamente 5^o e refazer os passos b e c ( Fazer todos os deslocamentos na mesma direção).

e) Fazer o gráfico sen q_i x sen q_r  e determinar o índice do líquido.

f) Fazer a análise dos êrros.

Obs. 1 - O Professor definirá quais itens serão executados pelos alunos

 

Fig. 15.4 - Gráfico obtido para glicerina

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6 - BIBLIOGRAFIA

1 - Francis A. Jenkins and Harvey White," Fundamental of Optics", MacGraw Hill. (1976).

2 - John P. McKelvey and Howard Grotch, "Fisica 4 ", Harbra - Harper & Row do Brasil, São Paulo cap 24 (1981).

3 - G. R. Fowles, "Introduction to Modern Optics", Holt, Rinehart and Winston, second edition, New York (1975).

4 - Hecht, Eugene, "Optics". Adelphi University, Addison-Wesley Publishing Company (1990).

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7 - Apêndice

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I) – O espectrômetro e seus componentes

Fig. 15.5 - O Espectrômetro e seus componentes

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1 - Telescópio com fenda

2 - Telescópio colimador c/ ocular

3 - Parafuso de trava da luneta

4 - Parafuso de avanço fino da mesa

5 - Parafuso de trava da mesa

6 – Lupa p/ facilitar a leitura

7 - Parafuso de trava para aj. de alt. da mesa

8 - Parafuso para ajuste do foco do colimador

9 - Paraf. de ajuste da perpendic. da mesa

10 - Parafuso de avanço fino da luneta

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