FÍSICA
6
ÓTICA
Cuba de Ondas / Software SAM
2 - Reflexão em barreiras retilíneas
NOME _________________________________
ESCOLA________________________________
EQUIPE_____________SÉRIE______________
PERÍODO_____________ DATA ____________
OBJETIVOS
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Demonstrar que o ângulo que as ondas planas (pulsos retos) incidem na barreira é igual
ao ângulo que as ondas (pulsos) são refletidas da barreira (Lei da Reflexão).
Demonstrar que a distância objeto (p) é igual à distância imagem (q) para ondas esféricas
(pulsos circulares) incidentes em uma barreira retilínea.
Lei da Reflexão:Pela lei da reflexão da luz temos que o ângulo de incidência, i, é igual ao ângulo
de reflexão, r (fig. 2.1).
Lei da reflexão/cuba de ondas: o comportamento de uma frente de ondas quando esta incide
sobre uma barreira é análogo ao do raio da luz em uma superfície polida. Quando a frente de
ondas incide em uma direção à barreira que é colocada inclinada em relação à cuba, ela é
refletida em uma direção diferente tal que o ângulo da frente de onda que se aproxima da barreira
é igual ao ângulo em que a frente de onda reflete (fig. 2.2).
Figura 2.1 Lei da reflexão: θ i = θ r
Figura 2.2 - Reflexão de ondas
Os raios de luz, incidentes e refletidos, são
perpendiculares às frentes de onda como mostra a
fig. 2.2. Esta lei é ilustrada na fig. 2.2 usando-se
ondas de água. Observa-se que a onda refletida tem
o mesmo ângulo que a onda incidente. Medindo os
ângulos θ r e θ i na cuba de ondas, como indicado na
fig. 2.2, podemos demonstrar a lei da reflexão.
Reflexão em espelhos planos / Distância imagem
e distância objeto: para espelhos planos temos que
a distância imagem, q, é igual em valor absoluto à
distância objeto, p (fig. 2.3).
Figura 2.3 Formação de imagem em
espelhos planos
Podemos verificar esta relação observando a
reflexão de pulsos circulares (ondas esféricas)
em uma barreira retilínea na cuba de ondas (fig.
2.4).
Observe na fig. 2.4 que o pulso refletido tem
como centro um ponto, I, simétrico ao ponto, O,
em relação à barreira. Esta situação é análoga à
da fig. 2.3 de espelho plano em que a luz refletida
parece proceder de um ponto imagem situado
atrás do espelho. Temos que p (distância objeto)
é igual à distância imagem (q).
Figura 2.4 - Um pulso circular sofrendo reflexão
em uma barreira retilínea (imagem CDCC).
MATERIAL
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Kit cuba de onda
Retroprojetor
Software SAM instalado no computador
Computador com placa de captura de imagens
Câmera de vídeo
Cartolina preta para fazer a medida padrão (5 x 10cm)
Vibrador de uma ponta
Vibrador de placa retangular
Refletor plano
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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Faça a montagem da cuba de ondas
como mostra a figura 2.5.
Coloque água na cuba até uma altura de
5 a 7 mm aproximadamente e meça a
altura nos quatros cantos da cuba para
verificar se ela está nivelada. Cole o
padrão de medida embaixo da cuba ou na
parede onde a imagem vai ser projetada.
Figura 2.5 Montagem da cuba de onda
Parte 1- Reflexão de pulsos retos em barreiras retilíneas
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Coloque o vibrador de placa retangular tal
que a extremidade inferior da placa toque a
superfície da água. Coloque a barreira
retilínea de acrílico em forma triangular e a
placa retangular de acrílico nas posições
indicadas na figura.
Ligue a fonte do calibrador de freqüência, e
observando a imagem projetada, haverá a
produção de pulsos retos que serão
refletidos pela barreira. Faça a filmagem da
imagem projetada.
Faça a captura da imagem conforme
instruções do manual SAM.
Repita a experiência com a barreira em um
ângulo diferente.
Figura 2.6 - Posições dos refletores e do vibrador
na cuba
MEDIDAS
Figura 2.7- Reflexão de ondas planas (pulsos retos) em uma barreira retilínea (imagem CDCC)
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Fazer a calibração, ajustando a relação "pixels/cm", abrindo a janela "Calibração".
Com a ferramenta "linha", trace a reta que indica o caminho do raio de luz incidente
perpendicular à frente de onda incidente que está indicada na fig. por 2.7, por exemplo.
Faça o mesmo traçando a reta na direção do raio de luz refletido perpendicular à frente de
onda refletida, indicada na fig. por 2.7, por exemplo.
Com a ferramenta "linha" e a ferramenta transferidor trace uma perpendicular ao ponto de
incidência indicada na figura por 3.
Com a janela Posição - "Posição Espacial/Ângulo", meça os ângulos de incidência (ângulo
entre o raio incidente 1 e a normal 3), θ i , e de reflexão (ângulo entre o raio refletido 2 e a
normal), θ r , com a ferramenta transferidor e coloque os valores na tabela 2.1.
Faça novamente as medidas com a barreira em um ângulo diferente e coloque os valores
na tabela 2.1.
QUESTÃO
1-I) Qual a relação entre os ângulos de incidência e de reflexão?
Tabela 2.1 - Reflexão de pulsos retos
Medida 1
Medida 2
θi
θr
Parte II - Reflexão de pulsos circulares em barreiras retilíneas
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Troque o vibrador de placa retangular por um
de uma ponta e faça a ponta tocar a
superfície da água. Coloque a barreira de
placa retangular como mostra a fig. 2.8.
Ligue a fonte do calibrador de freqüência, e
observando a imagem projetada, haverá a
produção de pulsos circulares que incidirão
sobre a barreira retilínea e serão refletidos por
ela.
Repita os procedimentos dos itens 3 e 4 da
parte I.
Faça novamente o experimento para uma
nova freqüência.
Figura 2.8 - Posições da barreira retilínea e do
vibrador na cuba
MEDIDAS
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Fazer a calibração, ajustando a relação "pixels/cm", abrindo a janela "Calibração".
Figura 2.9 - Ondas circulares (pulsos circulares) refletidas em uma barreira retilínea (imagem CDCC)
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Com a ferramenta "linha" e a ferramenta transferidor trace uma perpendicular do centro O
das ondas concêntricas à barreira retilínea, ultrapassando a barreira (fig. 2.9). Meça com a
ferramenta "régua" a distância do ponto O à barreira (distância objeto p). Coloque esta
mesma medida, p, a partir da barreira, localizando o ponto I. Este ponto vai ser o centro I
(ponto imagem) das ondas refletidas na barreira (fig.2.9).
Para demonstrar use a ferramenta "círculo" e observará que as ondas refletidas são
circunferências concêntricas com centro em I (fig. 2.9).
Coloque os valores de p e q na tabela 2.2.
Faça as medidas de p e q para a outra freqüência e coloque os valores na tabela 2.2.
QUESTÕES
1-II) Qual a sua interpretação dos resultados?
2-II) Variando a freqüência, variam os valores de p e q?
Dê sugestões para melhoria dos experimentos.
Tabela 2.2 - Reflexão
Medida 1 Medida 2
p (cm)
q (cm)