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Desvio de Luz em Prismas: Ângulos e Mínimo Desvio Isósceles, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Este documento explica o desvio de luz que ocorre quando um raio luminoso incide em um prisma e calcula a condição necessária e suficiente para que o desvio seja mínimo. A geometria do prisma é analisada, derivando as equações relacionadas à refração e aplicando a lei de snell. O documento conclui que o mínimo desvio ocorre em um prisma isósceles.

Tipologia: Notas de estudo

2010

Compartilhado em 02/04/2010

luan-gabriel-7
luan-gabriel-7 🇧🇷

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Luz sobre prismas
Quando um raio luminoso incide sobre um diedro de prisma, ela
sofre certo desvio. Tal desvio é calculável se forem conhecidos o
ângulo de abertura do diedro, o ângulo de incidência sobre a
primeira face o de refração sobre a segunda face. Sejam, portanto,
os ângulos de abertura, incidência e refração, respectivamente,
como indicado na figura.
Da geometria da figura, percebe-se que o quadrilátero
compreendido pelas faces do prisma e as normais às
mesmas é tal que a soma dos ângulos opostos é (cada
normal faz com a face ), logo a soma dos outros dois
ângulos também é . Dessa maneira, o ângulo entre as
normais deve ser , e observando o triângulo compreendido
pelas normais e o raio refratado dentro do prisma, tem-se .
O desvio , entre o raio incidente e o raio excedente do
prisma, será de
É interessante, ainda, calcular qual deve ser a condição
necessária e suficiente para que tal desvio seja
mínimo.Visando tal objetivo, derivemos a equação do
desvio em relação a um dos parâmetros como, por
exemplo, :
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Luz sobre prismas

Quando um raio luminoso incide sobre um diedro de prisma, ela sofre certo desvio. Tal desvio é calculável se forem conhecidos o ângulo de abertura do diedro, o ângulo de incidência sobre a primeira face o de refração sobre a segunda face. Sejam, portanto, os ângulos de abertura, incidência e refração, respectivamente, como indicado na figura.

Da geometria da figura, percebe-se que o quadrilátero compreendido pelas faces do prisma e as normais às mesmas é tal que a soma dos ângulos opostos é (cada normal faz com a face ), logo a soma dos outros dois ângulos também é. Dessa maneira, o ângulo entre as normais deve ser , e observando o triângulo compreendido pelas normais e o raio refratado dentro do prisma, tem-se. O desvio , entre o raio incidente e o raio excedente do prisma, será de

É interessante, ainda, calcular qual deve ser a condição necessária e suficiente para que tal desvio seja mínimo.Visando tal objetivo, derivemos a equação do desvio em relação a um dos parâmetros como, por exemplo, :

Faltando, portanto, encontrar alguma relação entre. Se é o índice de refração do prisma, a Lei de Snell e a sua forma diferencial, para as duas refrações ocorrentes no prisma, mostram que:

Além disso, a equação pode ser escrita na forma

Das equações acima, isola-se , a fim de substituí-los na última equação e isolar :

Sendo assim, a equação se satisfaz apenas para

Isso implica em

Logo, o desvio é mínimo para o diedro isósceles.