Grade 9
  1. Mecânica  1.1. Movimento  1.1.1. Tipos de movimento  1.1.2. Distância e deslocamento  1.1.3. Velocidade e Velocidade  1.1.4. Aceleração  1.1.5. Representação gráfica do movimento  1.1.6. Equações do movimento  1.1.7. Movimento uniforme e não uniforme  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Velocidade relativa  1.1.10. Movimento circular  1.2. Leis da força e movimento  1.2.1. O conceito de força  1.2.2. A primeira lei do movimento de Newton  1.2.3. Segunda lei do movimento de Newton  1.2.4. Terceira Lei de Newton do Movimento  1.2.5. Inércia e tipos de inércia  1.2.6. Movimento  1.2.7. Conservação do momento  1.2.8. Aplicação das leis de Newton na vida cotidiana  1.2.9. Tipos de Forças (Contato e Não Contato)  1.2.10. Friction and its effects  1.3. Força Gravicional  1.3.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.3.2. Importância da Força Gravitacional  1.3.3. Aceleração devido à gravidade  1.3.4. Queda livre e ausência de peso  1.3.5. Massa e peso  1.3.6. Variação de g com altura e profundidade  1.3.7. Leis do movimento planetário de Kepler  1.3.8. Satélites e suas órbitas  1.4. Trabalho, Energia e Potência  1.4.1. Conceito de trabalho  1.4.2. Ações positivas e negativas  1.4.3. Trabalho realizado por força constante e variável  1.4.4. Energia e suas formas  1.4.5. Kinetic energy and potential energy  1.4.6. Lei da conservação de energia  1.4.8. Unidade comercial de energia  1.4.9. Teorema Trabalho-Energia  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Mechanical advantage  1.5.3. Eficiência das máquinas  1.5.4. Alavancas e seus tipos  1.5.5. Polias e Planos Inclinados  1.5.6. Engrenagens e seus usos
  2. Propriedades da matéria  2.1. Estados da matéria  2.1.1. Sólidos, líquidos e gases  2.1.2. Propriedades dos diferentes estados da matéria  2.1.3. Mudança no estado da matéria  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidade e pressão  2.2.1. Conceito de densidade e densidade relativa  2.2.2. Pressão em sólidos, líquidos e gases  2.2.3. Lei de Pascal e suas Aplicações  2.2.4. Pressão atmosférica e suas variações  2.2.5. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Flutuabilidade e o princípio de Arquimedes  2.3.1. Força de flutuabilidade  2.3.2. Princípio de Arquimedes  2.3.3. Aplicações do Princípio de Arquimedes  2.3.4. Objetos flutuantes e afundantes  2.3.5. Teoria da Flotação e Princípio de Arquimedes
  3. Calor e Termodinâmica  3.1. Temperatura e calor  3.1.1. Conceito de calor e temperatura  3.1.2. Medição de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condução de calor  3.2.2. Convecção de calor  3.2.3. radiação de calor  3.2.4. Aplicações da transferência de calor  3.2.5. Condutividade térmica  3.3. Expansão térmica  3.3.1. Expansão de sólidos, líquidos e gases  3.3.2. Expansão anômala da água  3.3.3. Aplicações da Expansão Térmica  3.4. Capacidade calorífica específica e calor latente  3.4.1. Conceito de capacidade calorífica específica  3.4.2. Medição e aplicações do calor específico  3.4.3. Calor latente de fusão e vaporização  3.4.4. Motores Térmicos e Eficiência
  4. Ondas e som  4.1. Ondas e seus tipos  4.1.1. Ondas mecânicas e eletromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinais e Transversais  4.1.3. Propriedades das Ondas  4.1.4. Comprimento de onda, frequência e velocidade da onda  4.1.5. Superposição de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Natureza e transmissão do som  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Reflexão do som e eco  4.2.4. Sonar e ultrassom  4.2.5. Ressonância e pulsação  4.3. Características do som  4.3.1. Intensidade, volume e qualidade do som  4.3.2. Efeito Doppler no som
  5. Iluminação e Óptica  5.1. Reflexão da luz  5.1.1. Leis da reflexão  5.1.2. Reflexão em um espelho plano  5.1.3. Reflexão em um espelho esférico  5.1.4. Formação de imagem por espelhos côncavos e convexos  5.1.5. Aplicações da Reflexão  5.2. Refração da luz  5.2.1. Leis da refração  5.2.2. Índice de refração  5.2.3. Refração através de uma placa de vidro  5.2.4. Refração na água e no ar  5.2.5. Lentes e seus tipos  5.2.6. Formação de imagens por lentes convexas e côncavas  5.2.7. Reflexão interna total e suas aplicações  5.3. Dispersão e espalhamento de luz  5.3.1. Espectro da luz branca  5.3.2. Prismas e Dispersão  5.3.3. Efeito Tyndall e céu azul
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Carga elétrica e eletricidade estática  6.1.1. O conceito de carga elétrica  6.1.2. Carregamento por fricção, contato e indução  6.1.3. Eletroscópio e seu funcionamento  6.2. Corrente Elétrica  6.2.1. O conceito de corrente elétrica  6.2.2. Lei de Ohm e Resistência  6.2.3. Fatores que afetam a resistência  6.2.4. Circuitos em Série e Paralelo  6.2.5. Efeito térmico da corrente elétrica  6.2.6. Potência e energia elétrica  6.3. Magnetismo  6.3.1. Ímãs naturais e artificiais  6.3.2. Propriedades dos ímãs  6.3.3. Magnetismo da Terra  6.3.4. Campo magnético e linhas de campo  6.3.5. Eletroímãs e suas aplicações
  7. Física Moderna  7.1. estrutura do átomo  7.1.1. Estrutura Atômica e Partículas Subatômicas  7.1.2. Elétrons, Prótons e Nêutrons  7.1.3. Modelo de Rutherford e Bohr  7.2. Radioatividade  7.2.1. Tipos de emissões radioativas  7.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  7.2.3. Usos e perigos da radioatividade
  8. Ciência espacial e astronomia  8.1. O universo e seus componentes  8.1.1. Estrelas e galáxias  8.1.2. Planetas e Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturais e artificiais  8.2.2. Uso de satélites

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Reflexão em um espelho esférico


A reflexão é a mudança na direção de uma frente de onda em uma interface entre dois meios diferentes, de forma que a frente de onda retorna ao meio de onde se originou. No nono ano de física, ao estudarmos a reflexão da luz, um dos temas é a reflexão em espelhos esféricos. Nesta lição, vamos explorar as características, regras e cálculos associados aos espelhos esféricos e entender suas aplicações.

Compreendendo espelhos esféricos

Espelhos esféricos são espelhos com uma superfície curva que faz parte de uma esfera. Eles podem ser côncavos ou convexos:

  • Espelho côncavo: Este espelho é curvado para dentro e parece com o interior de uma esfera.
  • Espelho convexo: Este espelho é curvado para fora e parece com a parte externa de uma esfera.

Vamos imaginar esses tipos de espelhos:

Ilustração de um espelho côncavo

Superfície Reflexiva Superfície não reflexiva P

Ilustração de um espelho convexo

Superfície Reflexiva Superfície não reflexiva P

O eixo principal desses espelhos é chamado de eixo principal, e o ponto médio do espelho é chamado de polo (denotado por P).

Termos e conceitos chave

  • Polo (P): O centro da superfície do espelho.
  • Centro de curvatura (C): O centro da esfera da qual o espelho é separado.
  • Raio de curvatura (R): Distância entre C e P.
  • Eixo principal: Linha que passa por C e P, e é normal ao espelho em P.
  • Foco principal (F): O ponto no eixo principal onde os raios paralelos ao eixo convergem (côncavo) ou parecem divergir (convexo).
  • Distância focal (f): A distância entre P e F.

Para entender como a luz interage com espelhos esféricos, é importante entender esses conceitos, pois eles são fundamentais para todos os cálculos e descrições do comportamento da luz refletida.

Leis de reflexão para espelhos esféricos

Reflexão da luz de espelhos esféricos segue algumas regras básicas. Estas são importantes para encontrar os possíveis diagramas de caminhos da luz:

Regra do espelho côncavo

  • Qualquer raio paralelo ao eixo principal é refletido através do foco.
  • Qualquer raio passando pelo centro de curvatura é refletido de volta ao longo do mesmo caminho.
  • Qualquer raio passando pelo foco é refletido paralelo ao eixo principal.
  • Qualquer raio incidente caindo no polo é refletido simetricamente em relação ao eixo principal.

Regra do espelho convexo

  • Qualquer raio que é paralelo ao eixo principal é refletido e parece divergir do ponto focal.
  • Qualquer raio incidente direcionado ao centro de curvatura é refletido de volta ao longo do mesmo caminho.
  • Qualquer raio incidente direcionado ao foco é refletido paralelo ao eixo principal.
  • Qualquer raio incidente caindo no polo é refletido no mesmo ângulo em relação ao eixo principal.

Compreender essas leis é fundamental para desenhar diagramas de raios e prever o comportamento da luz em óptica.

Diagrama de raios e formação de imagem por espelho esférico

Diagrama de raios para um espelho côncavo

Vamos visualizar como um espelho côncavo forma uma imagem com diagramas de raios. Considere um objeto colocado além do centro de curvatura:

C F P

Neste diagrama de raios, o objeto é colocado além do centro de curvatura, e a imagem é formada entre C e F, que é reduzida, invertida e real. Diagramas semelhantes podem ser desenhados colocando o objeto em diferentes posições para mostrar diferentes características de imagem.

Diagrama de raios para um espelho convexo

Agora, considere o diagrama de raios para um espelho convexo. Quando um objeto é colocado em frente a um espelho convexo, os raios refletidos parecem divergir. Aqui está um exemplo:

F C P

Neste diagrama de raios, o objeto parece pequeno, ereto e virtual. A imagem virtual está localizada atrás do espelho.

Fórmula do espelho e ampliação

O comportamento dos espelhos é medido usando fórmulas. As duas principais equações são a fórmula do espelho e a fórmula de ampliação. Estas ajudam a entender a relação entre a distância do objeto (u), distância da imagem (v) e distância focal (f).

Fórmula do espelho

1/f = 1/v + 1/u

Aqui, f é a distância focal do espelho, v é a distância da imagem, e u é a distância do objeto. Esta fórmula se aplica a todos os espelhos esféricos. Aqui está como usar a fórmula:

  • Para um espelho côncavo, f é negativo.
  • Para um espelho convexo, f é positivo.

Fórmula de ampliação

A ampliação é o quanto a imagem é maior ou menor em comparação com o objeto:

m = -v/u

Nesta fórmula, m é a ampliação, v é a distância da imagem, e u é a distância do objeto. Um valor negativo de ampliação indica uma imagem invertida, enquanto um valor positivo indica uma imagem ereta.

Exemplos e exercícios

Exemplo 1: Espelho côncavo

Um objeto é colocado a uma distância de 30 cm em frente a um espelho côncavo com distância focal de 10 cm. Onde a imagem é formada e qual é sua natureza?

Dados:

  • u = -30 cm
  • f = -10 cm

Uso da Fórmula do Espelho:

1/f = 1/v + 1/u 1/-10 = 1/v + 1/(-30)

Resolvendo para v temos:

1/v = 1/-10 + 1/30 1/v = (-3 + 1)/30 1/v = -2/30 v = -15 cm

A imagem é formada a uma distância de 15 cm em frente ao espelho, o que mostra que é real e invertida.

Exemplo 2: Espelho convexo

Um objeto é colocado a uma distância de 20 cm em frente a um espelho convexo com distância focal de 15 cm. Onde a imagem é formada?

Dados:

  • u = -20 cm
  • f = 15 cm

Uso da Fórmula do Espelho:

1/f = 1/v + 1/u 1/15 = 1/v + 1/(-20)

Resolvendo para v temos:

1/v = 1/15 + 1/20 1/v = (4 + 3)/60 1/v = 7/60 v = 60/7 cm ≈ 8.57 cm

A imagem é virtual, ereta e formada a uma distância de aproximadamente 8.57 cm atrás do espelho.

Aplicações de espelhos esféricos

Espelhos esféricos têm amplo uso em várias áreas. Aqui estão alguns exemplos:

  • Espelhos côncavos: São usados em aplicações como telescópios refletores, espelhos de barbear e para focalizar a luz nos faróis dos veículos.
  • Espelhos convexos: Estes espelhos são comumente usados como espelhos retrovisores em veículos, dando aos motoristas uma visão ampla da estrada atrás deles.

Conclusão

Compreender a reflexão em espelhos esféricos é um aspecto fundamental da óptica e da física. O comportamento e as regras que regem como a luz se reflete dessas superfícies nos permitem usar e manipular a luz para muitas aplicações práticas. Ao dominar os conceitos de diagramas de raios, fórmulas dos espelhos e ampliação, não apenas apreciamos a física em objetos do dia a dia, mas também desenvolvemos habilidades analíticas necessárias para estudos avançados em óptica e áreas relacionadas. Continue praticando com exemplos e exercícios para fortalecer sua compreensão desses aspectos fascinantes da reflexão e óptica.


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