Difference between revisions of "Estudos de Óptica num Prisma Semi-cilíndrico"

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Este aparato experimental permite realizar as seguintes experiências:
 
Este aparato experimental permite realizar as seguintes experiências:
# Determinação do índice de refracção do pexiglass e verificar a lei de Snell;
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# Determinação do índice de refracção do Acrílico e verificar a lei de Snell;
# Medir o ângulo crítico a partir do qual ocorre reflexão total;
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# Medir o ângulo crítico a partir do qual ocorre reflexão total interna;
# Estudar a potência transmitida e reflectida numa interface óptica, comprovando a conservação da energia;
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# Estudar a potência transmitida e reflectida numa interface óptica, verificando a conservação da energia;
 
# Estudar, em função da polarização da luz do laser, a potência transmitida e reflectida, determinando o ângulo de Brewster.
 
# Estudar, em função da polarização da luz do laser, a potência transmitida e reflectida, determinando o ângulo de Brewster.
Estas análises podem ser efectuadas qualitativamente pelo processamento da imagem obtida pela câmara ou quantitativamente com recurso ao sensor luminoso que varre angularmente o semi-cilindro. Por constrangimentos experimentais este só varre ângulos entre 0º e 240º.
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Estas análises podem ser efectuadas qualitativamente pelo processamento da imagem obtida pela câmara ou quantitativamente com recurso ao sensor luminoso que varre angularmente o semi-cilindro. Por constrangimentos experimentais, este só varre ângulos entre 0º e 240º.
  
  
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==Protocolo I==
 
==Protocolo I==
O modo de traçado de raios permite analisar qualitativamente a transmissão e reflexão da luz na interface entre o pexiglass e o ar através das imagens obtidas pela câmara. Seleccionando este modo pode ser efectuada a experiência para um varrimento entre dois ângulos pré-seleccionados.  
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O modo de traçado de raios permite analisar qualitativamente a transmissão e reflexão da luz na interface entre o Acrílico e o ar através das imagens obtidas pela câmara. Seleccionando este modo, pode efectuar-se a experiência para um varrimento entre dois ângulos pré-seleccionados.  
Capturando algumas imagens e usando a lei de Snell pode ser calculado o índice de refracção do meio denso (pexiglass) . Para o efeito sugere-se a utilização dum software de tratamento de imagens como o Corelpaint, o Photoshop ou o Draw (openoffice.org) e, após salientar as linhas correspondentes  aos raios luminosos, determinar o ângulo entre elas.
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Capturando algumas imagens e usando a lei de Snell, pode calcular-se o índice de refracção do meio mais denso (Acrílico). Para tal, sugere-se a utilização de um software de tratamento de imagens como o Corelpaint, o Photoshop ou o Draw (openoffice.org) e, após salientar as linhas correspondentes  aos raios luminosos, determinar o ângulo entre elas.
Nota: ao seleccionar ângulos entre 0º-180º a fonte de luz incide na superfície curva do semi-cilindro. Os ângulos 180º-360º correspondem a uma incidência inicial na face recta do mesmo.
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Nota: ao seleccionar ângulos entre 0º e 180º, a fonte de luz incide na superfície curva do semi-cilindro; os ângulos 180º-360º correspondem a uma incidência inicial na face recta do mesmo.
  
 
==Protocolo II==
 
==Protocolo II==
O modo “luz directa” permite seleccionar o ângulo da luz incidente e, ao executar a experiência, obter a medida da intensidade da radiação do laser. Normalmente são esperados dois máximos ao varrer o círculo, um referente ao raio transmitido e outro referente ao raio reflectido. Usando a incidência normal (0º) é possível aferir a potência absoluta do laser.
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O modo “luz directa” permite seleccionar o ângulo da luz incidente e, ao executar a experiência, obter a medida da intensidade da radiação do laser. Normalmente são esperados dois máximos ao varrer o círculo: um referente ao raio transmitido e outro referente ao raio reflectido. Usando a incidência normal (0º) é possível aferir a potência absoluta do laser.
Sugere-se o uso dos ângulos entre [90º:180º] para o estudo da interface pexiglass-ar e [270º-360º] para a interface ar-pexiglass.
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Sugere-se o uso dos ângulos entre [90º:180º] para o estudo da interface Acrílico-ar e [270º-360º] para a interface ar-Acrílico.
 
Este estudo pode ser realizado para: (i) luz não polarizada, (ii) luz polarizada verticalmente e (iii) luz polarizada horizontalmente.
 
Este estudo pode ser realizado para: (i) luz não polarizada, (ii) luz polarizada verticalmente e (iii) luz polarizada horizontalmente.
  
 
==Protocolo III==
 
==Protocolo III==
De acordo com as lei de Snell, a partir dum certo ângulo dito crítico [Ângulo crítico  está definido se ]
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De acordo com as lei de Snell, a partir dum certo ângulo, (chamado de Ângulo Crítico, que existe no caso da luz a passar de um meio opticamente mais denso para um menos denso) não poderá existir  onda transmitida, ocorrendo a reflexão total da luz incidente na interface dos dois meios.
não poderá existir  onda transmitida, ocorrendo a reflexão total da luz incidente na interface do meio óptico mais espesso para o de menor índice de refracção.
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Após determinar o índice de refracção [link protocolo I]pode ser calculado este ângulo crítico e verificar experimentalmente que acima dele não ocorre transmissão. Recomenda-se fazer um estudo da potência transmitida e reflectida na proximidade deste ângulo em pequenos incrementos e tentar ajustar uma função que melhor represente o seu andamento. Devem ser usados ângulos compreendidos os 90º e 180º correspondendo à transição entre o meio mais denso para o de índice de refracção menor.
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Após determinar o índice de refracção ([[#Protocolo I|Protocolo I]]) pode calcular-se este ângulo crítico e verificar experimentalmente que acima dele não ocorre transmissão. Recomenda-se fazer um estudo da potência transmitida e reflectida na proximidade deste ângulo em pequenos incrementos e tentar ajustar uma função que melhor represente a sua evolução. Devem ser usados ângulos compreendidos entre os 90º e os 180º, correspondendo à transição entre o meio mais denso para o de índice de refracção menor.
  
 
==Protocolo IV==
 
==Protocolo IV==
Polarizando a luz do laser pode ser observado que a luz reage dum modo diferente nas interfaces consoante a sua polarização (protocolo II). Em particular existe um ângulo, dito de Brewster [Ângulo de Brewster ou ângulo de polarização ]ou ângulo de polarização [link lição electromagnetismo] para o qual a onda incidente polarizada verticalmente não pode ser reflectida, correspondendo a um feixe transmitido ortogonal ao reflectido. Com base no índice de refracção calcule este ângulo e obtenha várias características na sua proximidade.
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Polarizando a luz do laser, pode observar-se que a luz reage de um modo diferente nas interfaces consoante a sua polarização ([[#Protocolo II |Protocolo II]]). Em particular, existe um ângulo, dito ''Ângulo de Brewster'' (ou ângulo de polarização) para o qual a onda incidente polarizada verticalmente não pode ser reflectida, correspondendo a um feixe transmitido ortogonal ao reflectido. Com base no índice de refracção é possível calcular este ângulo.
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*[[Semi-cilinder Optical Behavior | Versão em Inglês (English Version)]]
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*[http://pt.wikipedia.org/wiki/Acr%C3%ADlico_(pl%C3%A1stico)| Artigo da Wikipédia sobre Acrílico]
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*[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/efficacy.html Tabela com factores de conversão entre Lumens e Watt (em Inglês)]
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*[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/lumpow.html#c1 Artigo do Hyperphysics sobre a conversão entre Lumens e Watt (em Inglês)]

Latest revision as of 18:23, 4 June 2013

Descrição

Este aparato experimental permite realizar as seguintes experiências:

  1. Determinação do índice de refracção do Acrílico e verificar a lei de Snell;
  2. Medir o ângulo crítico a partir do qual ocorre reflexão total interna;
  3. Estudar a potência transmitida e reflectida numa interface óptica, verificando a conservação da energia;
  4. Estudar, em função da polarização da luz do laser, a potência transmitida e reflectida, determinando o ângulo de Brewster.

Estas análises podem ser efectuadas qualitativamente pelo processamento da imagem obtida pela câmara ou quantitativamente com recurso ao sensor luminoso que varre angularmente o semi-cilindro. Por constrangimentos experimentais, este só varre ângulos entre 0º e 240º.


Ligações

  • Video: rtsp://elabmc.ist.utl.pt/optica.sdp
  • Laboratório: Intermédio em e-lab.ist.eu[1]
  • Sala de controlo: optica
  • Nivel: ****


Protocolo Experimental

Protocolo I

O modo de traçado de raios permite analisar qualitativamente a transmissão e reflexão da luz na interface entre o Acrílico e o ar através das imagens obtidas pela câmara. Seleccionando este modo, pode efectuar-se a experiência para um varrimento entre dois ângulos pré-seleccionados. Capturando algumas imagens e usando a lei de Snell, pode calcular-se o índice de refracção do meio mais denso (Acrílico). Para tal, sugere-se a utilização de um software de tratamento de imagens como o Corelpaint, o Photoshop ou o Draw (openoffice.org) e, após salientar as linhas correspondentes aos raios luminosos, determinar o ângulo entre elas. Nota: ao seleccionar ângulos entre 0º e 180º, a fonte de luz incide na superfície curva do semi-cilindro; os ângulos 180º-360º correspondem a uma incidência inicial na face recta do mesmo.

Protocolo II

O modo “luz directa” permite seleccionar o ângulo da luz incidente e, ao executar a experiência, obter a medida da intensidade da radiação do laser. Normalmente são esperados dois máximos ao varrer o círculo: um referente ao raio transmitido e outro referente ao raio reflectido. Usando a incidência normal (0º) é possível aferir a potência absoluta do laser. Sugere-se o uso dos ângulos entre [90º:180º] para o estudo da interface Acrílico-ar e [270º-360º] para a interface ar-Acrílico. Este estudo pode ser realizado para: (i) luz não polarizada, (ii) luz polarizada verticalmente e (iii) luz polarizada horizontalmente.

Protocolo III

De acordo com as lei de Snell, a partir dum certo ângulo, (chamado de Ângulo Crítico, que só existe no caso da luz a passar de um meio opticamente mais denso para um menos denso) não poderá existir onda transmitida, ocorrendo a reflexão total da luz incidente na interface dos dois meios.

Após determinar o índice de refracção (Protocolo I) pode calcular-se este ângulo crítico e verificar experimentalmente que acima dele não ocorre transmissão. Recomenda-se fazer um estudo da potência transmitida e reflectida na proximidade deste ângulo em pequenos incrementos e tentar ajustar uma função que melhor represente a sua evolução. Devem ser usados ângulos compreendidos entre os 90º e os 180º, correspondendo à transição entre o meio mais denso para o de índice de refracção menor.

Protocolo IV

Polarizando a luz do laser, pode observar-se que a luz reage de um modo diferente nas interfaces consoante a sua polarização (Protocolo II). Em particular, existe um ângulo, dito Ângulo de Brewster (ou ângulo de polarização) para o qual a onda incidente polarizada verticalmente não pode ser reflectida, correspondendo a um feixe transmitido ortogonal ao reflectido. Com base no índice de refracção é possível calcular este ângulo.


Ligações