Estudos de Óptica num Prisma Semi-cilíndrico

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

• Versão em Inglês (English Version)
• Artigo da Wikipédia sobre Acrílico
• | Tabela com factores de conversão entre Lumens e Watt (em Inglês)
• | Artigo do Hyperphysics sobre a conversão entre Lumens e Watt (em Inglês)