NOVO PÊNDULO DE FOUCAULT PORTÁTIL (montado sobre vitrola de vinil)

Espectroscópio

O experimento a seguir é do ramo da espectroscopia da luz. Para entender o funcionamento desse instrumento, é necessária a compreensão de alguns conceitos físicos de antemão.

O primeiro deles, difração, o que é?

Difração é um fenômeno que ocorre com as ondas quando elas passam por um orifício ou contornam um objeto cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza que o seu comprimento de onda. Como este desvio na trajetória da onda, depende diretamente do comprimento de onda, este fenômeno é usado para dividir, em seus componentes, ondas vindas de fontes que produzem vários comprimentos de onda.

Para a luz visível, usa-se uma rede de difração, formada por uma superfície refletiva ou transparente em que se marcam vários sulcos, bem próximos uns dos outros. Exemplos destas redes e suas propriedades: quando se olha um tecido de trama fina contra uma lâmpada distante, quando olhamos o reflexo num CD ou quando olhamos a Lua através de uma nuvem, vemos faixas ou halos coloridos, devido à difração da luz por pequenos obstáculos (a trama, os sulcos do CD ou as gotículas de água na nuvem).

A difração, como dito acima, está relacionada com a interação de uma onda com um obstáculo, ou então quando encontra um orifício através do qual possa atravessar um obstáculo.

A onda então, ao contornar ou atravessar um obstáculo, toma diferentes caminhos (diferentes trajetórias), cujos comprimentos totais podem variar. 

O segundo conceito, dispersão, o que é?

 Dispersão na ótica é o fenômeno que causa a separação de uma onda em várias componentes espectrais com diferentes frequências. Devido à dependência da velocidade da onda com sua frequência, ao se mudar a densidade do meio, ondas de diferentes frequências irão tomar diversos ângulos na refração.

Em geral, o índice de refração é uma função da freqüência, ou alternativamente, com respeito ao comprimento de onda. O comprimento de onda depende do índice de refração do material de acordo com a fórmula. O efeito mais freqüentemente visto da dispersão é a separação da luz branca no espectro de luz por um prisma.

Como um prisma é mais denso que o ambiente, para cada freqüência há um ângulo de refração diferente, como a cor branca é uma composição de todas as cores, ou a sobreposição de várias ondas de diferentes frequências, se dá a dispersão separando cada uma dessas frequências por um ângulo de refração diferente.

No nosso instrumento de trabalho, queríamos fazer algo simples que pudéssemos ver esses efeitos da difração e da dispersão da luz.

Fazer uma fenda ou um instrumento de desvio é simples, porém o prisma exige um pouco mais de trabalho. Para isso, no lugar do prisma, utilizamos um CD. Mas, por que um CD?

Sabemos que o CD é uma rede de difração e esse dispositivo ótico consiste em uma superfície com um grande número de ranhuras muito estreitas e comprimidas umas nas outras. Por um processo que é descrito nos livros-texto de Ótica, ao passar ou ser refletida por essas ranhuras, a luz se dispersa em suas cores componentes.

As trilhas do CD onde os sons estão codificados, são muito estreitas e comprimidas, como as ranhuras da rede de difração. É exatamente por isso que o CD apresenta cores tão vívidas quando reflete a luz em certos ângulos.

Podemos usar o CD para dispersar a luz proveniente de diversas fontes e observar diferentes tipos de espectro. A fonte mais natural é a luz solar, que se dispersa nas cores visíveis, as cores do arco-íris, no entanto, normalmente utiliza-se a luz de uma lâmpada para a realização do experimento.

Descrição do experimento.

A construção desse experimento é muito fácil. Para realizá-la deve-se pegar um tubo quadrado (prisma quadrangular) e em uma de suas bases fazer uma fenda como na figura a seguir.

Figura  1: Fenda em uma das faces do prisma quadrangular

Na outra base, deve ser feita um orifício por onde se analisará o espectro da luz. Nessa mesma base, um pedaço de lâmina de CD deve ser colocado na frente do orifício para que ocorra a dispersão da luz.

Figura 2: Orifício na face oposta a fenda.

Tudo deve ser vedado utilizando uma fita Kraft. E somente a fenda e o pequeno orifício ficarão abertos.

Figura 3: Tudo vedado.

Depois de pronto aponte o tubo para uma luz que passe exatamente pela fenda.

Figura 4: Pessoa usando o experimento.

A imagem observada dentro do tubo será parecida com essa:

Figura 5: Imagem observada no interior do tubo.

Ali estão os espectros da luz! E aquela luz lá no fundo é a fenda.

Bom, é isso.

Divirtam-se!

Postado por: Fábio Viudes.

Como medir a espessura de um fio de cabelo utilizando um laser

Utilizaremos um processo bem simples, é um processo conhecido por interferência de onda. 

Utilizar um laser é a forma de conseguir um baixo erro experimental, por se tratar de uma fonte de luz que além de conhecermos seu comprimento de onda, também sabemos que seus fótons viajarão em linha reta, tendo como possível a realização do experimento de dupla fenda.

O procedimento descrito permitirá calcular o diâmetro de um fio de cabelo, nylon, cobre ou outro que você desejar. O ideal são fios de menos de 0,5 mm de diâmetro, já que fios mais espessos produzem espectros de difração difíceis de se tratar em laboratório.

No experimento será necessário:

_ Um laser de comprimento de onda conhecido. 

_ Um fio de cabelo (preferencialmente)

_ Uma fita adesiva grossa

_ Uma trena

_ Uma régua

Posicione o laser de forma que o feixe incida no fio de cabelo paralelamente ao plano da mesa. Você observará diversos pontos claros na parede; os mínimos são as regiões escuras entre um máximo e o seguinte.

Você encontrara uma situação parecida com a da figura:

Figura 1: Simulação da situação experimental.

Meça a distância entre o fio e o ponto central do laser (x), meça as distancias entre os mínimos para obter uma média (y). Para calcular utilize a formula para encontrar a espessura do fio de cabelo (e).

Esta letra grega representa o valor do comprimento de onda da luz do laser.

Teremos então a medida do fio de cabelo, que é, em média, em torno de 50 a 80 milésimos de milímetros. 

Postado por: Ghiovani Zanzotti Raniero

                          Thiago V. M. Guimarães

Lentes

Lentes são instrumentos de ampla utilização, cuja intenção é desviar raios de luz. Sua forma e seu índice de refração determinarão o comportamento desta, que, em geral, é apenas determinado por seu formato, pois seu índice de refração, na grande maioria dos casos, é maior do que o ar - ambiente em que a lente geralmente está imersa.

Fizemos nossas lentes com um polietileno parecido com o material usado nas garrafas pet. As formas são bem simples e temos 6 tipos de lentes usando planos, convexos e côncavos. Essas formas são a simples junção das 3 formas:

Figura 1: Tipos de lentes que podem ser construídas.

Figura 2: Lente plano-côncava

Nesta figura 2 temos uma lente plano-côncava, que foi a junção de uma superfície de pet côncava e uma plana onde podemos notar as reflexões de raios de luz.

Fizemos cada uma das lentes possíveis com o material descrito acima.

Na imagem abaixo temos mais um exemplo: uma lente plano-convexa.

Figura 3: Lente plano-convexa.

Podemos usar tais lentes para ensinar os efeitos físicos da luz e também quais lentes serviriam para cada tipo de correção de problemas visuais.

Postado por: Ghiovani Zanzotti Raniero

                     Thiago V. M. Gumarães

ESPECTROSCÓPIO

  Um espectroscópio é um instrumento destinado a separar os diferentes componentes de um espectro óptico. Constitui-se essencialmente de uma fresta situada no plano focal de um colimador, um prisma ou rede de difração e um anteparo (tela) onde se projeta (imagem real) o feixe dispersado.

A difração é um fenômeno que ocorre com as ondas quando elas passam por um orifício ou contornam um objeto cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza (ou seja, os seus valores são aproximados, tais como o 8 e o 10) que o seu comprimento de onda. Como este desvio na trajetória da onda, ausado pela difração, depende diretamente do comprimento de onda, este fenômeno é usado para dividir, em seus componentes, ondas vindas de fontes que produzem vários comprimentos de onda (Luz Branca).

Construção de um espectroscópio simples

  Nessa parte experimental será descrita os procedimentos para a montagem de um espectroscópio muito simples e econômico. Seu poder separador se baseia no fenômeno de difração produzido, neste caso, por 'espelhinhos' microscópicos para a leitura do laser em um disco compacto (CD) ou de uma grade de difração. Em um CD típico há 1000 pontos de difração para cada milímetro do disco, o que permite separar muito bem as cores elementares.

Materiais utilizados

Uma cartolina para modelação de uma caixa retangular.
Um CD (compact-disc o CD-rom) não mais utilizado, ou uma grade de difração.
Tesoura.
Fita adesiva.


Montagem

  Inicialmente partir o CD em vários pedaços para facilitar a retirada da película que servirá como uma rede de difração, ou corte um pedaço de 1cm x 1cm da grade de difração. Cortar a cartolina com dimensões aproximadas a da Fig. 2, para a construção de uma caixa retangular. A seguir, cuidadosamente com uma tesoura ou lâmina protegida, abrir uma pequena janela em uma extremidade da caixa, e na outra um orifício onde ficará a película do CD.

Figura 1 - Montagem da caixa do espectroscópio.

Abaixo na Fig. 2 é ilustrado um exemplar de um espectroscópio pronto.

Figura 2 - Espectroscópio. (a) Face onde fica a grade de difração; (b) face onde fica a

fenda para a entrada da luz. Fonte: fotos feitas pelo autor.

Procedimento de uso

  Pegue seu espectroscópio e oriente-o para a luz proveniente, por exemplo, de uma lâmpada incandescente comum. O que será observado será algo parecido como observado na Fig. 3.

Figura 3 - Espectro observado em um espectroscópio simples. Fonte: fotos feitas pelo

autor.

Postado por:  Ricardo do Monte

                     André Kogempa Cavalcanti

                     Márcio Anicete

Pêndulo de Foucault

       A ideia de que a Terra girava em torno do Sol levou Giordano Bruno a fogueira e ameaçou vários outros pensadores simpáticos a ele a esse mesmo fim, sendo um deles foi Galileu, que escapou por renunciar ao que de fato acreditava ser verdade. Porém apesar de a ideia amplamente aceita e até mesmo obvia hoje em dia, houve grande dificuldade em de fato se provar e se medir isso. Uma das formas foi encontrada pelo o astrônomo francês Jean Bernard Leon Foucault, a partir de uma simples experiência capaz de demonstrar a rotação da terra. Com uma corda de 67 metros, fixa no teto do Panteon de Paris, ele suspendeu uma esfera de ferro de 28 kg e imprimiu-lhe um movimento pendular. Aos poucos o plano do pêndulo passou a apresentar certa rotação no sentido horário, que é facilmente explicado pela suposição de que a terra gira em torno de seu eixo.

Figura 1: O Pêndulo de Foucalt.

       A Construção do Pêndulo:

Para um maior detalhamento do processo de confecção do modelo didático do Pêndulo de Foucalt nós vamos dividi-lo em duas partes: pêndulo e base. Abaixo especificamos os materiais necessários para a confecção de ambas as partes.

Pêndulo:

                 01 esfera de isopor de 25 cm de raio;

                 01 anel metálico;

                 01 rosa dos ventos impressa em papel sulfite;

                 01 peso para servir de pêndulo;

                 50cm de barbante;

                 Fio para o pêndulo;

                 Serra para cortar o isopor;

                 Cola quente;

                 Espetos de churrasco;

                 Tinta guache;

                 Cola;

Pincel;

Base:

                 1 – suporte para fixa-lo de modo que possa girar livremente.

  

Montagem do Pêndulo

  

Primeiro pegamos metade da esfera de isopor (esferas de isopor desse tamanho geralmente são ocas e já vêm divididas ao meio) e marcamos onde cortaríamos, tomando cuidado para que as extremidades do corte ficassem a mesma distância da borda de semiesfera e então fizemos um corte de modo que o anel encaixasse sem folga no corte e ficasse perpendicular com o plano do topo da esfera e então preenchemos o corte com cola quente e esperamos secar.

Após isto nós utilizamos dois pedaços de madeira pequenos (tipo espetos de churrasco) para prender o anel por dentro da esfera de modo que ele não se movesse horizontalmente.

Depois desta etapa nós utilizamos a tinta guache e o pincel para pintarmos a esfera e depois da tinta seca foi colada a rosa dos ventos sobre a parte da esfera onde o anel estava preso, com o centro da mesma coincidindo com o centro da esfera.

Prendemos o peso com o fio e o amarramos no anel, sobre o centro da esfera, de modo que ele ficasse preso em um único ponto. Em seguida, pegamos o barbante a amarramos as duas pontas simetricamente, (uma de cada lado) ao ponto onde o pêndulo estava preso.

Com isso nosso pêndulo estava pronto.

 Na imagem a baixo é possível ver um pêndulo de Foucault que confeccionamos , nesse caso foi preso ao arco um pedaço de barbante que ao ser torcido produzia por um breve espaço tempo o movimento de rotação adequado e no vídeo disponível neste link é possível ver o pêndulo em funcionamento:

Figura 2: Pêndulo confeccionado

Postado por: Thiago V. M. Guimarães

                     Ghiovani Zanzotti Raniero

Aparelho de Morin

Ao estudar a razão da queda dos corpos Galileu se deparou com a impossibilidade de mensurar o tempo de queda de um corpo em queda livre. Essa impossibilidade se dava pelo simples fato de não haverem instrumentos adequados para a medida do tempo de queda, para tanto Galileu teve a engenhosa ideia de diluir o tempo de queda de uma massa utilizando um plano inclinado. 

Na segunda metade do século XIX surge uma solução mecânica para a problemática de Galileu. O general Jules Morin, da Escola de Metz, em Paris, cria uma máquina que permite descrever com boa precisão o movimento de um corpo nem queda livre a partir de um registro gráfico. Tal máquina cinemática recebeu o nome de "aparelho de Morin". O aparelho consiste de um cilindro girante com velocidade angular constante (garantido por um sistema de peso e compensador de aceleração - aletas girantes), de onde se solta um corpo, um tronco de cone de bronze, preso por guias verticais de arames, garantindo a queda livre em linha reta (sem oscilação). Este tronco de cone é munido de uma caneta ou lápis para fazer o registro gráfico sobre uma folha de papel gráfico colada no cilindro que gira. Tal aparelho substitui de forma excelente o plano inclinado, permitindo a verificação direta das equações da cinemática.

Montagem:

O aparelho de Morin apresenta uma montagem simples, podendo ser confeccionado com materiais de baixo custo obtidos em lojas de materiais de construção ou resto de madeireiras.

Os materiais utilizados são:

4 – Placas de madeira, duas para as laterais que devem ter 90cm de diâmetro e largura entre 15 e 30 cm, duas placas para base com largura de 30 cm e comprimento de 60cm.

2 – Rolamentos

1 – Barra de rosca de 1m

1 – Cano de PVC com tampa

1 – Chapa de ferro

6 – Polcas

1 – Massa

8 – Parafusos

1 – Caneta

1 – Quadrado pequeno de madeira

1m – Barbante

      – arame

Um vislumbre gráfico do aparelho de Morin seria:

Figura 1: Esquema do Aparelho de Morin

Considerando a montagem por partes, começaremos pelo suporte.

Montagem do suporte superior e inferior deve ser feita como na imagem:

Figura 2: Esquema dos suportes

Para a fixação basta usar o parafuso e montar o suporte da seguinte forma:

Figura 3: Esquema do suporte pronto.

O Próximo passo é monte o cilindro e encaixá-lo no suporte, para fazer isso basta furar o centro de ambas as tampas e passar a barra com rosca fixando-a com as polcas.

Para fazer o suporte para a caneta, basta furar o pequeno pedaço de madeira (10x5x1) como na imagem, e transpassar os arames:

Figura 4: Suporte para a caneta (corpo que cairá)

É importante ressaltar que os buracos 1 e 2 deve ser bem mais largos que os arames. Após a confecção basta fixá-lo ao suporte da seguinte maneira:

Figura 5: Fixação do suporte no aparelho.

O bloco de madeira deve cair em queda livre enquanto o cilindro gira, a medida que o bloquinho cai, a caneta fixada a ele risca uma folha de papel que está fixada ao cano de PVC. Porém para que isso seja possível nos falta agora criar um mecanismo que faça o cano girar com velocidade uniforme, para isso basta enrolar o fio de barbante no parafuso e fixá-lo a massa, é aconselhável utilizar uma roldana na borda da lateral da plataforma superior, para impedir que a massa desça de forma acelerada é preso ao topo da barra rosqueada um dissipador, que nada mais do que é uma hélice feita com a chapa de ferro. A montagem final fica igual ao mostrado na figura 1.

O Aparelho de Morin que confeccionamos foi o seguinte:

Figura 6: Aparelho de Morin confeccionado.

O Aparelho de Morin representa uma opção muito didática para se trabalhar a cinemática da queda livre. Uma vez que ele traça o gráfico, espaço por tempo, esperado para a queda livre de um corpo, sem a necessidade de fazer um plano inclinado e mensurar repetidas vezes a posição e o tempo do corpo.

Postado por: Thiago V. M. Guimarães

                     Ghiovani Zanzotti Raniero

NOVO PÊNDULO DE FOUCAULT PORTÁTIL

EXPERIMENTOS COM LENTES DE PLÁSTICO (PET e ÁGUA)

As lentes acima, plano-côncava e plano convexa, foram feitas com plástico de garrafas PETs transparentes, coladas com cola instantânea e/ou cola de contato. As lentes tinham uma de suas extremidades abertas para que fossem preenchidas com água. A fonte de luz foi uma lanterna-laser (ou mesmo uma pequena lâmpada incandescente de 60 W), dessas do tipo "rua 25 de Março",, com grade de papelão no interior de uma caixa de sapatos. O efeito é espetacular e, mudando com as mãos as geometrias das lentes, pode-se mostrar os defeitos da visão, especialmente a miopia e a hipermetropia.

Ilusões de ótica

Segue abaixo um vídeo muito interessante que mostram ilusões de ótica animadas.

Tal ilusão é causada pelas faixas paralelas em movimento que escondem seções diferentes da imagem impressa que é rapidamente substituída por outra seção. Como as imagens se alternam repetidamente é causada a ilusão de movimento.

Na descrição do vídeo no Youtube estão disponíveis as imagens para quem quiser realizar o experimento.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=zdW7PvGZ0uM

Postado por:
Azizi Manuel Tempesta
Ely de Sousa Agudo

Microscópio de gota d'água

Este instrumento ótico permite a projeção e ampliação de micro-organismos e outros objetos que estejam presentes em uma gota d'água ou outro líquido incolor.

Nesta montagem nós utilizamos uma seringa para produzir as gotas e um suporte feito com copo plástico descartável, e recortes nas laterais para permitir que um feixe de laser atravesse o copo e possa projetar a imagem em um anteparo (em nosso caso utilizamos a parede da sala de aula).

Fig 1: Seringa no suporte.

Fig 2: Sistema de suporte para a seringa

Fig. 3 Seringa e suporte utilizados.

Depois de montado o aparato nós analisamos três líquidos: água limpa (torneira); água empoçada e álcool com o uso de um laser verde de aproximadamente 1000 mW.

Abaixo temos algumas fotos obtidas.

Fig 4: Água empoçada

Fig. 5: Água do bebedouro

Fig 6: Água do bebedouro

Abaixo temos um vídeo com as imagens obtidas com uma gota de álcool

O conceito físico presente no experimento é o fato da gota funcionar como uma lente esférica biconvexa, a qual recebe a luz do laser e faz com que os raios convirjam e depois dissipem de encontro com a parede, projetando a imagem. Os micro-organismos impedem a passagem da luz, originando sua silhueta em tamanho ampliado.



Texto produzido por:
Azizi Manuel Tempesta
Ely de Sousa Agudo