UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
Laboratório de Física Geral IV
1. Título: Reflexão e Refração
2. Objetivos:
Verificar as leis da reflexão e refração. Determinar o ângulo limite para a interface acrílico/ar e obter
índice de refração do acrílico.
3. Introdução Teórica:
Quando um raio luminoso, propagando-se em determinado meio, encontra a superfície de outro
meio transparente, parte dele pode ser refletida e parte transmitida. Os raios transmitidos mudam de
direção, isto é, são refratados1.
A Figura 1a mostra um feixe de luz incidindo sobre uma superfície plana de vidro. Parte da luz
é refletida pela superfície e parte dela é transmitida no vidro. Note que o feixe transmitido é
inclinado ou refratado quando passa através da superfície.
Definindo algumas quantidades úteis, tem-se da Figura 1b que o feixe incidente e os feixes
refletidos e refratados são representados através de raios, que são linhas traçadas em ângulo reto com
as frentes da onda. O ângulo de incidência θ 1 , o ângulo de reflexão θ 1′ e o ângulo de refração θ 2
também são mostrados na figura. Deve-se notar que cada um destes ângulos é medido entre a normal
à superfície e o raio apropriado. O plano que contém tanto o raio incidente como a linha normal à
superfície é chamado de plano de incidência. (Na Figura 1b, o plano de incidência é o plano da
página).
A experiência mostra que a reflexão e a refração são governadas pelas seguintes leis:
Lei da Reflexão. O raio refletido permanece no plano de incidência e
θ 1′ = θ 1
(reflexão).
(1)
Lei da Refração. O raio refratado permanece no plano de incidência e
n1 sen θ 1 = n2 sen θ 2
(refração),
(2)
onde n1 é uma constante sem dimensões chamada de índice de refração do meio 1 e n2 é o índice de
refração do meio 2.
Figura 1 - (a) Fotografia mostrando a reflexão e a refração de um feixe de luz incidindo sobre uma superfície
plana de vidro. (b) Representação utilizando raios. Os ângulos de incidência ( θ 1 ), de reflexão ( θ 1′ ) e de refração
( θ 2 ) estão marcados.
1
Refratado vem do latim e significa quebrado, com forma fraturada. Um lápis mergulhado num copo cheio de água parecerá
“quebrado”.
A lei da reflexão já era conhecida na Grécia antiga, enquanto que a lei da refração foi
descoberta por Willebrord Snell (1580-1626) em 1621 e reencontrada por René Descartes (1596-1650)
em 1637, de modo que a Eq.2 é conhecida como Lei de Snell (ou Lei de Snell-Descartes).
O índice de refração de uma substância é definido como:
n=
c
v
(índice de refração),
(3)
onde c é a velocidade da luz no vácuo e v a velocidade da luz na substância em questão. O índice de
refração de uma determinada substância varia com o comprimento de onda, e este fato leva ao
fenômeno da dispersão, responsável pela separação das cores em experiências com prismas. Para a
luz amarela do sódio ( λ = 5890 Å): Ar: 1,000293 (CNTP); água (20oC): 1,33; álcool etílico (20oC): 1,36;
vidros: variam entre 1,52 para o mais comum a perto de 2,0 para o mais pesado; diamante: 2,42.
4. Parte Experimental
Material Necessário:
.
.
.
.
Fonte de luz
Condensador com diafragma
Corpo semicircular de acrílico ( n acrílico = 1,49 )
Trilho ótico
. Disco ótico
. Espelho
. Régua graduada
. Suportes
4.1 Experimento 1: Reflexão da luz
Atenção: Embora seja de baixa intensidade, nunca olhe de frente para o feixe de laser.
Figura 2 – Montagem necessária para estabelecer a lei da reflexão.
Procedimento Experimental:
1. Faça a montagem conforme a Figura 2. O espelho deve ficar perfeitamente alinhado com um dos
diâmetros do disco ótico.
2. Com a fonte de luz ligada, ajuste o disco de modo que o feixe luminoso coincida com a normal ao
espelho. Para conseguir um feixe nítido, a distância da fonte ao condensador deve ser de
aproximadamente 11cm.
3. Gire o disco de 10° em 10° até 60°, anotando os ângulos de incidência ( θ 1 ) e reflexão ( θ 1′ ).
Tratamento de Dados:
A partir dos resultados, verifique a lei para a reflexão (Equação 1).
4.2 Experimento 2: Refração da luz
Figura 3 – (a) Montagem necessária para estabelecer a lei da reflexão. (b) Detalhe da medição dos comprimentos
a e b, perpendiculares à normal para cada par de ângulos de incidência e refração medidos.
Procedimento Experimental:
1. Faça a montagem conforme a Figura 3a, colocando no lugar do espelho o corpo semicircular
transparente. Este deve ficar com a parte plana coincidindo com um dos diâmetros e
perfeitamente centrado.
2. Girando o disco ótico, faça com que o feixe luminoso coincida com a normal. Não deve haver
desvio nessa posição.
3. Gire o disco de 10° em 10° até 60°, anotando os ângulos de incidência ( θ 1 ) e refração ( θ 2 ).
4. Com a régua graduada (ou com um paquímetro), meça cuidadosamente os comprimentos a e b,
perpendiculares à normal para cada par de ângulos de incidência e de refração medidos.
5. Faça o feixe luminoso incidir na face curva do corpo semicircular e determine o ângulo limite ( θ L ),
a partir do qual não haverá mais o feixe refratado.
Tratamento de Dados:
1. Com os valores dos ângulos de incidência θ 1 e de refração θ 2 , e com os valores das distâncias a e
b construa uma tabela, e a partir dos valores tabelados verifique a lei para a refração (Equação
2).
2. A partir da lei de refração e do valor de θ L determine o índice de refração do corpo semicircular
transparente.
Questões:
1. Se o corpo semicircular transparente de acrílico ( n acrílico = 1,49 ) fosse feito de um material cujo
índice de refração é n = 2,00, qual seria a mudança observada nos valores do ângulo de refração
θ 2 ? Qual seria o valor do ângulo limite?
2. Um raio luminoso que se propaga no ar ( n ar = 1,00 ) incide rasante na superfície de separação de
um meio cujo índice de refração é n = 2,00. Qual o desvio sofrido pelo raio incidente?
Prof. Walter Castro Jr.