Teced/textos/grupo15

Introdução

Publico Alvo:

Alunos de 8ª série (introdução) Ensino Fundamental do Ciclo II Alunos do 2º ano do Ensino Médio Observação: Esta aula tem a finalidade de introduzir o aluno ao conceito de óptica geométrica (através de espelhos planos), sem aprofundar o assunto.

Reflexão da Luz

Espelhos Planos

Especificação da Tarefa

Definir o que é reflexão da luz Determinar o que são espelhos planos. Explicar por que há inversão da imagem refletida nos espelhos planos. Medir qual é o tamanho da imagem refletido pelo espelho plano. Medir a que distância se forma as imagens.  Determinar quantas imagens podem ser formadas por dois espelhos planos nos ângulos de 90°, 60° e 30° graus. Determinar que tipo relação existe entre a abertura (ângulo) e número de imagens formadas. Conceituar o que é imagem real e o que é imagem virtual. Precisar se existe relação entre o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão.

Especificação Operacional dos Objetivos

Pergunta: O que é reflexão da luz? Resposta: Reflexão da luz é o retorno de um feixe luminoso para o meio do qual é proveniente ao atingir uma superfície. Dimensões críticas: A quantidade de luz refletida depende do material de que é constituída, do polimento e do ângulo que a luz atinge. Exemplo: Reflexão espetacular da luz, quando esta ocorre em uma superfície plana e polida. (Espelho) Contra Exemplo: Refração da luz. A luz passa por um meio e atinge outro, não retornando ao ponto de origem. Obs.: Sempre que há refração houve reflexão, no entanto, nem sempre que há reflexão há refração.

Pergunta: Ângulo incidente e ângulo refletido possuem a mesma medida?

Resposta: Podemos afirmar que no caso dos espelhos planos, o raio incidente, o raio refletido e a normal à superfície situam - se no mesmo plano e o ângulo de reflexão e o de incidência possuem a mesma medida.

Pergunta: O que são espelhos planos?

Resposta: Os espelhos planos são aqueles caracterizados por apresentar uma superfície plana e polida onde a luz que é incidida reflete de forma regular. Para se obter um bom grau de reflexão, é necessária que a variação do poder refletor com o ângulo de incidência do espelho seja a menor possível. O exemplo mais comum de espelho plano é o vidro, que permite a formação de imagens nítidas.

Dimensões críticas: Um espelho reflete a luz que chega até ele.  Trata-se de uma reflexão regular dos raios luminosos. A superfície refletora do espelho é bem polida.  Exemplo: Sabemos também que uma parede reflete a luz que chega até ela (é por isso que podemos enxergar a parede). Porém, claramente notamos que existe uma diferença entre estas duas reflexões. Contra exemplo:  Em uma delas podemos ver nitidamente uma imagem, que está se formando no espelho, enquanto na outra somente enxergamos a parede.

Faça a Seguinte Experiência:

Trace uma reta no centro de uma folha branca. Faça um X a direita da reta e outro a esquerda como mostra a figura a 5 cm da reta. Coloque o espelho sobre a reta e o objeto sobre o X como indica a figura. Coloque o outro objeto do lado oposto sobre a segunda marca.

Teremos:

Traçando os raios de luz, e a normal será possível determinar à localização da imagem, os ângulos de incidência e reflexão, a distância da imagem ao espelho do objeto ao espelho e da imagem ao observador.

Observe a Imagem:

Especificação Operacional dos Objetivos:

Pergunta: Por que quando levantamos o braço esquerdo diante do espelho, a imagem refletida levantará o braço direito (e vice – versa)? Resposta: Porque há inversão da imagem. Quando estendemos o braço esquerdo, por exemplo, na frente de um espelho, a imagem refletida estenderá o braço direito, ou seja, refletindo ao contrário. Esse fenômeno é chamado de enantiomorfismo e é uma das características da reflexão de imagens em espelhos planos. Dimensões críticas: Imagens formadas em espelhos planos Exemplo: A palavra ambulância, se vista pelo retrovisor estará correta, se vista sem o espelho estará invertida. Contra Exemplo: Troca-se a esquerda pela direita, mas não a cabeça pelos pés.

Pergunta: Qual é o tamanho da imagem refletida?

Resposta: A imagem refletida tem o mesmo tamanho do objeto. Dimensões criticas: Característica do espelho plano. Exemplo: A imagem da moeda refletida Contra exemplo: Espelho côncavo pode aumentar ou diminuir a imagem de acordo com o centro de curvatura.

Pergunta: Um espelho plano fornece uma imagem de um objeto a uma distância de 20 cm do espelho. Deslocando-se o espelho 30 cm numa direção normal ao seu próprio plano, que distancia separará a antiga imagem e a nova imagem? Resposta: 2 . 30 = 60 cm Dimensões críticas: Considere um observador O e sua imagem O´, simétrica em relação a um espelho plano. Exemplo: A imagem sofre deslocamento igual ao dobro do deslocamento sofrido pelo espelho. Contra exemplo: Espelho não sofre deslocamento, imagem não sofre deslocamento. Pergunta: (FAAP-SP) Um objeto pontual está em frente a um espelho plano a 20 cm dele. O olho de um observador está a 30 cm do espelho e sobre a mesma linha que liga o objeto à imagem do objeto. A que distância do olho do observador se forma a imagem do objeto?    Resposta: De acordo com a experiência podemos responder a questão se o objeto esta a 20 cm do espelho e o olho do observador a 30 cm, concluímos que a imagem se forma a 50 cm do olho do observador.

Curiosidade

Se um espelho plano sofre uma rotação de um ângulo α, o raio refletido sofre uma rotação de 2 ¤. Se um espelho plano sofre um deslocamento d, a imagem sofre um deslocamento 2 d..

Quantas Imagens?

Especificação Operacional dos Objetivos:

Pergunta: Quantas imagens podem ser formadas por um ângulo de 90°, por outro de 60° e por outro de 30°? Resposta: N = 360/α – 1N = 360/90 – 1N = 4 - 1N = 3 N = 360/α – 1N = 360/60 – 1N = 6 - 1N = 5 N = 360/α – 1N = 360/30 – 1N = 12 - 1N = 11 Exemplo: Associação em paralelos; número de imagens formadas no ponto A é infinito.

Contra exemplo: Associação angular: Pode-se determinar a quantidade de imagens formadas no ponto P colocado entre dois espelhos.

Pergunta: Existe relação entre o número de imagens e o ângulo dos espelhos? Resposta: Sim, quanto menor for o ângulo maior será o numero de imagens. Exemplo: Espelhos planos formando ângulos menores que 90º. Contra exemplo: Imagem refletida em um espelho plano

Pergunta: Quando a imagem é real e quando ela é virtual?

Resposta: Quando os raios de luz incidem ou emergem se encontram efetivamente, o correspondente ponto é chamado real. Quando o encontro ocorre através de prolongamentos, o referido ponto é chamado virtual. Um espelho plano não inverte a imagem, mas troca a direita pela esquerda e vice-versa. 

Seqüência de Aprendizagem:

Reflexão da luz Difusão e reflexão da luz Leis da reflexão Formação de imagens Translação de um espelho plano Rotação de um espelho plano Associação de dois espelhos planos

Reflexão da Luz

Um feixe luz propagando-se atinge uma superfície, se este feixe de luz retornar para o meio em que estava se propagando dizemos que a luz sofreu reflexão. Reflexão regular: é a reflexão que ocorre numa superfície lisa e polida. Exemplo: espelho. Reflexão difusa: é a reflexão que ocorre numa superfície irregular. Nesta reflexão os raios espalham-se desordenadamente em todas as direções. Exemplo: Parede.

Leis da Reflexão:

1ª Lei: O raio incidente, o raio refletido e a reta normal pertencem a um mesmo plano.

2ª Lei: O ângulo de incidência (i) e o ângulo de reflexão     (r) têm a mesma medida.

1ª - Lei: O raio incidente, o raio refletido e a reta normal pertencem a um mesmo plano.

2ª Lei: O ângulo de incidência (i) e o ângulo de reflexão (r) têm a mesma medida Obs.: A linha pontilhada é a NORMAL (perpendicular à superfície refletora - espelho-).

Formação de Imagens:

Colocando um objeto luminoso A na frente de um espelho, observamos que os raios provenientes dele sofrem reflexão. Os prolongamentos dos raios refletidos se cruzam no ponto A´, é chamado de imagem virtual. O objeto e a imagem são simétricos em relação ao espelho. Se o objeto for extenso, o seu tamanho é igual ao tamanho da imagem. Embora as imagens sejam idênticas ao objeto, ambos não podem ser sobrepostos como acontece com as mãos direita e esquerda de uma pessoa, dizemos então, que o objeto e a imagem são enantiomorfas.

Translação e Rotação de um Espelho Plano

Se um espelho plano sofre um deslocamento d, a imagem sofre um deslocamento 2d. Se um espelho sofre uma rotação de um ângulo α, o raio refletido sofre uma rotação de 2α.

Associação de Espelhos Planos:

Quando a luz refletida de um espelho atinge outro, dizemos que eles estão associados. Associação em paralelo: o número de imagens formadas é infinito. Associação angular: Podemos determinar a quantidade de imagens pela expressão: N = 360° / α - 1 Utilizando-se dois espelhos planos e um objeto, pode-se explorar a formação de imagens múltiplas. Observa-se que as imagens produzidas por um espelho se comportarão como objetos para o outro, daí o interessante fenômeno que se observa como o da multiplicação de imagens. Sendo o ângulo (medido em graus) entre os espelhos, então, se 360/α for um número inteiro par, o número de imagens será dado por Ө. No caso anterior, em que N = 360º / α - 1 obtemos o número correto de imagens, isto é: 3

Formação de Imagens

Para localizar as imagens e saber como elas são formadas utilizaremos raios de luz que partem de um ponto P de um objeto. Estes raios podem ser desviados, por reflexão em um espelho, e parecem divergir de um determinado ponto P’, que é chamado de imagem. Para determinar os desvios sofridos pelos raios vamos utilizar as leis de reflexão, conforme o caso, e traçar os raios desviados, daí o nome ótica geométrica. Quando você vê a imagem fornecida por um espelho plano de um objeto, ela parece se situar atrás do espelho. Essa imagem formada no prolongamento dos raios refletidos é que denominamos de imagem virtual. A imagem real se forma na intersecção dos raios refletidos.

Conclusão

Após realizar as experiências e tirar dúvidas com a explicação dos conteúdos o aluno deverá ser capaz de: Determinar o que é reflexão espetacular e difusa. O que são espelhos planos. Quais são as leis da reflexão Determinar o número de imagens formadas pela associação de espelhos e a distância onde as imagens se formam em relação ao objeto e ao observador Qual é o deslocamento sofrido pela imagem Conceituar o que é imagem virtual e real. Além de ser capaz de interpretar textos e a simbologia adequada para conceituar determinados fenômenos físicos.

Bibliografia

Tecnologia da educação e sua aplicação à aprendizagem de física. Autor: Cláudio Zaki Dib Editora Pioneira Temas de física Autor: Bonjorno Clinton Editora FTD Física vol. 2 E. Médio Autor: Beatriz Alvarenga e Antonio Máximo Editora Scipione Física E. Médio vol. Único. Autor: Alberto Gaspar Editora Atica Sites: www.lasallecaxias.com.br/alunos/fisica/espelhos/eplano.htm www.mundoeducacao.com.br/fisica/espelhos-planos.htm www.efisica.if.usp.br/otica/basico/reflexao/dois_espelhos