Pontifícia Universidade Católica de São Paulo Ótica Geométrica – Experimentos / Roteiros Profa Marisa Cavalcante
E1: Natureza da Luz e Noções Câmara escura – data: ......../........./............ Nome. Assinatura
1. Considere as seguintes ondas eletromagnéticas: Ondas de radio: radio alfa 101,7 MHz Forno de microondas: Freqüência igual a 2,45 GHz Telefonia celular faixa de 1800 MHz Calcule os comprimentos de onda para cada um destes casos. Sabendo que c = 300.000 Km/s.
2. Considerando a radiação visível compreendida no intervalo de 400 a 700nm (400nm violeta e 700nm vermelha) determine a freqüência correspondente a este intervalo (1nm = 10-9m)
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3. O controle remoto transmite sinais com códigos específicos que são emitidos por um led (light-emitting diode) com comprimento de onda na região do infravermelho, por esta razão não enxergamos estas emissões (1µm a 100µm). Calcule a ordem de grandeza de sua freqüência e compare os resultados com a freqüência da nossa rede elétrica.
4. Raios X . O comprimento de onda dos raios X é da ordem de grandeza das dimensões atômicas e são produzidos por choques de elétrons de alta velocidade em alvos. Sabendo-se que um átomo tem dimensões cerca de 1Ao calcule a freqüência associada a um feixe de RX.
5. No inicio do século XX surgiu a teoria corpuscular para a luz proposta por Einstein para justificar o Efeito Fotoelétrico, que consiste na emissão de elétrons de um metal a partir da incidência de um feixe de luz. Para explicar este efeito é associada a luz a existência de fótons. Um fóton tem sua energia dada por hν onde h é a constante de Planck e é igual a 6,62 x 10-34j.s e ν é a freqüência da radiação. a) Faça uma analise dimensional e mostre que esta energia é fornecida em Joules
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b) Sabendo que 1 joule corresponde à 1,6 x 10-19eV onde eV (elétron –volt) é uma unidade de energia muito utilizada na Física. Calcule a energia em eV para cada uma das radiações dos exercícios anteriores e preencha a tabela abaixo: Região espectral
Comprimento de onda (m)
Freqüência (Hz)
Energia em eV
Raios X Luz violeta Luz vermelha Infravermelha Forno microondas Telefonia celular Radio alfa – São Paulo
6. Explique, quais as diferenças entre um comportamento ondulatório e um corpuscular.
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Roteiro R1: Câmara escura – data: ......../........./............ Nome. Assinatura
Preparação para o Experimento – Questões Iniciais 1) Considere a seguinte pergunta: como nós enxergamos os objetos? Em princípio, a resposta a essa pergunta pode parecer óbvia; talvez você responda: "porque existe claridade no ambiente". Muito bem! Agora imagine a seguinte situação: • • •
Em uma sala escurecida, deixe o palito de fósforo queimar até que a chama se apague e reste apenas a brasa no palito. Como você enxerga a brasa? Na direção determinada entre seu olho e a brasa, em que sentido ocorre a visão? Do olho para a brasa ou da brasa para o olho? Por quê?
A brasa do palito de fósforo é um exemplo de objeto que possui luz própria, ou seja, é uma fonte de luz. Relacione pelo menos mais três fontes de luz diferentes.
•
Como podemos enxergar os objetos que não possuem luz própria?
2) Quais são os três princípios básicos da ótica Geométrica?
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3) Mostre através do esquema abaixo como podemos descobrir as dimensões do objeto através da imagem obtida numa simulação experimental de uma câmara escura.
Imagem
Câmara escura de orifício objeto
Experimento para a verificação experimental da inversão da imagem em uma câmara escura: Material que será utilizado é um Banco de Ótica Geométrica da Pasço (USA) 1) Utilizando a placa que contem duas setas perpendiculares, um orifício regulável, uma fonte de luz e uma tela para projeção. Inicialmente iremos observar a projeção dos eixos (x,y) em uma tela. Para isso você deve utilizar o arranjo experimental abaixo:
tela Orifício
Eixo(x,y) Placa contendo o eixo (x,y) Montagem 1 : observação da imagem do eixo (x,y)
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Reproduza abaixo a figura observada na tela.
2) Para simular a câmara escura, posicione, fonte, eixo (x,y), orifício e tela nesta ordem. Ou seja vc irá projetar a imagem do eixo x,y produzido após a passagem pelo orifício.Conforme indica a figura abaixo:
Eixo(x,y)
tela
orifício
Montagem 2: simulação câmara escura Reproduza abaixo a figura observada na tela.
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3) Compare as figuras 1 e 2 e explique suas diferenças
4) Quais dos três princípios da Ótica Geométrica uma câmara escura comprova? Explique
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Roteiro 2: Sombra e Penumbra ................................data:......./........./................... Nome. Assinatura
1) Para que possamos obter uma sombra bem definida de um objeto é necessário utilizarmos fontes puntuais. Como você pode obter em um laboratório didático uma fonte puntual ou próxima é isto?
2) Substituindo-se fontes puntuais por fontes extensas observam-se regiões de penumbra, conforme indica a figura abaixo:
Demarque cada uma destas regiões e localize cada Sombra da própria terra Observador na Terra vê eclipse total do sol ( ) Sombra própria da Lua Eclipse parcial do sol ( ) Observador na Terra vê o disco solar completo
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das opções abaixo ( ) (
)
(
)
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3) Na figura abaixo temos dois bastões de 20 cm cada. F está em brasa e C frio. Nota-se que a sombra mais a e penumbra de C projetadas na tela têm comprimento AB = 100cm. Determine a distância X de F à tela.
4) Explique de que maneira podemos determinar a altura do obelisco representado na figura abaixo, sabendo-se que: altura do objeto de pequena dimensão h = 200 cm sombra deste objeto s = 50 cm sombra do obelisco S = 1500 cm.
5) No esquema abaixo se tem uma lanterna de projeção, um lápis e uma tela:
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Determine as dimensões da sombra observada na tela
Experimento Sombra e Penumbra Fonte que será utilizada:
Para obter região de sombra e penumbra você deve ligar as duas lâmpadas. Para obter região apenas de sombra deixar apenas uma lâmpada acesa.
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Dimensões de um objeto a partir da sombra produzida. Dispor o bloco de metal a certa distancia da fonte e determine a partir de sua sombra suas dimensões (altura e largura)
Bloco de metal
1. Dimensões obtidas: Indicar os valores de P, P´e I. P=................................................ P´=............................................... IA=....................................................( altura)
IL=...........................................(largura)
Aobtido=........................................ (altura) Lobtido =..........................................(largura)
2. Medir diretamente utilizando uma régua os valores esperados para A e L esperados: A
esperado=....................................................
L esperado=.....................................................
3. Compare os itens 1 e 2 verificando o desvio % obtido experimentalmente para os valores de A e L.
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Desvio percentual =[ (valor esperado- valor obtido)/valor esperado] x100 Desvio percentual =.............................................................................. 4. Analise este desvio e comente o resultado
5. Utilizando o material disponível na bancada do laboratório demonstre experimentalmente as regiões de sombra e penumbra para um objeto. Faça uma representação do resultado obtido (ligar as duas lâmpadas). Faça um esboço desta observação abaixo. Explique porque obtivemos regiões de sombra e penumbra.
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