A Luz Acompanhando a Trajetória da Água

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Figura 2: A reflexão interna total da fibra óptica segue o mesmo princípio da água com o ar.

O fenômeno da reflexão total apresentado na figura 2 pode ser notado durante um banho de piscina. Suponha que durante um mergulho, você carregue consigo uma lanterna acesa, e ao apontá-la para a superfície com uma determinada angulação, percebe-se que a trajetória da luz dentro da água, não é a mesma quando em contato com a superfície, no caso o ar. Contudo, existe um ângulo limite para que essa refração aconteça, caso este limite seja ultrapassado a luz da lanterna sofre reflexão total e volta a refletir para dentro da piscina como podemos perceber na figura 2.

3 EXPERIMENTO DA LUZ ACOMPANHANDO A TRAJETÓRIA DA ÁGUA

No experimento a seguir, ensinaremos a como fazer um feixe de luz acompanhar a trajetória de um curso d´água, tendo como principal objetivo esclarecer o porquê de tal acontecimento, relacionando-o com o princípio da fibra óptica abordado anteriormente.

Materiais utilizados:

- Garrafa pet

- Laser

- Canudinho

- Cola

3.1 Procedimentos

O primeiro passo é fazer um furo na parte de baixo da garrafa pet com o mesmo diâmetro do canudinho, em seguida posicione o canudinho no furo e cole-o com cola quente, fique atento para não deixa a ponta do canudo entrar na garrafa e certifique-se de que o canudinho está bem fixo. Feita a parte mais difícil do experimento, encha a garrafa com água o suficiente para fazê-la fluir pelo canudinho formando uma curva. Para finalizar o experimento, posicione o laser na mesma altura do fluxo de água e apague as luzes para uma melhor visualização do resultado.

3.2 Explicação teórica

Em primeiro momento devemos esclarecer que a luz não realiza necessariamente uma curva, e sim que acompanha a trajetória de curvatura da água. Levando em consideração o ângulo de incidência do laser propagado, que no caso abordado poderia ter ultrapassado o ângulo limite para a ocorrência de refração, quando a luz aproxima-se da divisa entre a água e o ar, acaba por sofrer o fenômeno da reflexão total, fazendo com que o feixe volte para o meio e vir a sofrer outras reflexões sucessivas, algo parecido com o que acontece na fibra óptica.

[pic 4] Figura 3: Feixe de luz sofrendo reflexões totais sucessivas no interior do curso d´água.

4 EXPERIMENTO DA VELA QUE FAZ A ÁGUA SUBIR

Essa experiência nos permite observar a ação da pressão atmosférica, que é a pressão que o ar exerce na superfície da terra, e a dilatação dos gases.

Materiais utilizados

- Um prato fundo

- Água

- Corante (item opcional, utilizado para melhor visualização)

- Uma vela

- Fósforo

- Recipiente de vidro

4.1 Procedimentos

Em primeiro momento deve-ser colar a vela no prato requerido, em seguida deposite a água no prato, já misturada com o corante. Acenda a vela e coloque o recipiente com a boca virada para baixo sobre a vela.

Após alguns instantes da montagem do experimento, veremos que à medida que a vela vai se apagando, o volume de água presente dentro do recipiente de vidro vai aumentando, parando apenas no momento em que a vela estiver completamente apagada.

4.2 Explicação teórica

Seria comum após a visualização do experimento, o leitor chegar a conclusão de que a vela fosse responsável pelo consumo “completo” do oxigênio presente no interior do recipiente. Assim, a pressão interna diminuiria, resultando no aumento do volume de água no copo. Essa foi uma ideia bastante difundida anos atrás, todavia, existe uma nova explicação para tal fenômeno, que envolve basicamente a expansão e contração dos gases do copo, devido à variação de temperatura.

Ocorre da seguinte maneira, no momento em que o copo cobre a vela, a porção de ar aprisionada no recipiente é rapidamente aquecida, expandindo-se. Antes que o copo toque a água, uma parcela desse ar escapa pelo espaço entre a água e a boca do copo, tornando a densidade do ar no interior do copo menor do que no exterior. Assim que a vela se apaga, os gases no copo são rapidamente resfriados, o que reduz a pressão interna. A diferença entre a pressão externa (pressão atmosférica) e a interna é que faz com que o nível de água no copo suba.

Para complementar, a densidade do ar no frasco diminui, uma parte do oxigênio é realmente consumida, não totalmente como acreditavam anteriormente, uma parte do CO2 dissolve-se na água, o CO produzido é insolúvel e contribui para o aumento da pressão e uma parte do vapor d'água condensa-se nas paredes do copo. É notório que tais fatos resultem num percentual de redução de volume igual ao percentual de oxigênio do ar.

5 CONCLUSÃO

Neste trabalho abordou-se o assunto referente a fibra óptica envolvendo refração da luz, e diferença de pressão, com ênfase nas características e conceitos de cada, aplicados ao experimento, além disso, cumpriram-se todos os objetivos propostos .

Portanto, concluiu-se que no primeiro experimento, a luz emitida pelo laser sofre uma refração total devido a ultrapassagem do limite do ângulo de incidência, dessa forma fazendo com que a luz não mude de meio e volte para o meio de origem. Já no segundo, percebeu-se que a pressão atmosférica tem uma maior influência no meio quando há uma diferença na pressão interna de algum objeto.

REFERÊNCIAS

- https://pt.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica