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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.
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:
objeto
Imagem
Câmara escura de orifício
Montagem 1 : observação da imagem do eixo (x,y)
Placa contendo o eixo (x,y)
Orifício
Eixo(x,y)
tela
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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:
Reproduza abaixo a figura observada na tela.
Eixo(x,y)
orifício
tela
Montagem 2: simulação câmara escura
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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 das opções abaixo 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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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)
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.
Bloco de metal
1. Dimensões obtidas: Indicar os valores de P, P´e I. P=................................................ P´=............................................... IA=....................................................( altura) IL=...........................................(largura) Aobtido=........................................ (altura) Lobtido =..........................................(largura)
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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.