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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Leis da refração


O fenômeno da refração ocorre quando a luz passa de um meio para outro e muda sua velocidade. Esta mudança de velocidade faz com que a direção da luz mude. Compreender a refração envolve observar as duas principais "leis da refração" descritas abaixo.

Introdução à refração

A refração é um fenômeno óptico comum que pode ser observado em muitas situações do dia a dia. É o que faz um canudo em um copo de água parecer dobrar na superfície da água. A refração ocorre porque a luz viaja a velocidades diferentes em meios diferentes. Por exemplo, a luz viaja mais rápido no ar do que na água.

Duas leis da refração

As leis que governam a refração da luz são os princípios fundamentais da óptica. Estas são:

Primeira lei da refração

A primeira lei da refração afirma que o raio incidente, o raio refratado e a normal à interface de dois meios estão todos no mesmo plano.

Para ver isso, imagine uma fronteira plana entre duas substâncias, como ar e água. Um raio de luz caindo na superfície irá dobrar, mas o raio de entrada (incidente) e o raio de saída (refratado), bem como o perpendicular à superfície (a normal), estarão todos em um único plano geométrico.

Segunda lei da refração (Lei de Snell)

A segunda lei da refração, também chamada de Lei de Snell, relaciona o ângulo de incidência e refração ao índice de refração dos dois meios. É expressa matematicamente da seguinte forma:

    n1 * sen(θ1) = n2 * sen(θ2)

Onde:

  • n1 é o índice de refração do primeiro meio.
  • n2 é o índice de refração do segundo meio.
  • θ1 é o ângulo de incidência.
  • θ2 é o ângulo de refração.
θ1 θ2

Neste diagrama, a linha horizontal representa a fronteira entre dois meios. A linha vertical é a normal à superfície. O raio incidente atinge a fronteira em um ângulo θ1, e o raio refratado dobra-se para ou afasta-se da normal, dependendo dos valores de n1 e n2, formando um ângulo θ2.

Exemplos e aplicações

Exemplo 1: Refração da luz na água

Considere um raio de luz viajando do ar para a água. O ar tem um índice de refração menor do que a água, então a velocidade da luz diminui ao entrar na água. A curvatura do raio pode ser calculada usando a Lei de Snell.

    n_ar = 1.00
    n_água = 1.33
    θ_ar = 45°

Use a Lei de Snell para encontrar θ_água:

    1.00 * sen(45°) = 1.33 * sen(θ_água)

Resolver para θ_água dará o ângulo de refração na água.

Exemplo 2: Lente óptica

As lentes se baseiam no princípio da refração. Elas são usadas para focalizar a luz em pontos específicos. Lentes convexas, frequentemente usadas em óculos, câmeras e microscópios, usam superfícies curvas para dobrar a luz e focalizá-la em um ponto específico.

Derivação da Lei de Snell

A Lei de Snell pode ser derivada da teoria ondulatória da luz, que leva em conta a mudança no comprimento de onda durante a transição de um meio para outro, mantendo a frequência da luz. Deixe a luz viajar de um meio com velocidade v1 para outro com velocidade v2.

    n1 * sen(θ1) = n2 * sen(θ2)

A derivação assume a estacionariedade das frentes de onda na interface e continuidade através da fronteira.

raio incidente Raio refratado

O ângulo de refração representa a diminuição da velocidade da luz à medida que a luz viaja de um meio menos denso para um meio mais denso. Por outro lado, a velocidade da luz da água para o ar aumentará, e o raio refratado se desviará da normal.

Aplicações no mundo real

Miragem

As miragens são fenômenos ópticos causados pela refração da luz na atmosfera. Quando camadas de ar em diferentes temperaturas têm índices de refração diferentes, a luz se curva ao passar por essas camadas, criando a ilusão de água nas estradas.

Prisma

Um prisma é um elemento óptico transparente com uma superfície lisa e polida que refrata a luz. O ângulo e a direção da refração são determinados pelo índice de refração do material do prisma e pelo ângulo de incidência.

Prismas são usados para separar a luz em suas cores espectrais devido à diferença no índice de refração para comprimentos de onda diferentes.

Fibra óptica

Cabos de fibra óptica transmitem sinais de luz por longas distâncias, usando o princípio da reflexão interna total, que é um caso especial de refração. Garantindo que a luz seja continuamente refratada dentro do núcleo, a fibra óptica permite a transmissão extremamente eficiente de dados.

Problemas de prática

  1. Um raio de luz entra em um vidro vindo do ar a um ângulo de incidência de 30°. Se o índice de refração do vidro é 1.5, calcule o ângulo de refração.
  2. Por que os peixes em um lago parecem estar mais próximos da superfície do que realmente estão? Explique usando os princípios de refração.
  3. Um raio de luz entra na água a partir de um diamante. Se o índice de refração do diamante é 2.42 e o da água é 1.33, calcule o ângulo crítico para este raio do diamante para a água.

Compreender e usar as leis da refração é vital para explicar e projetar muitos sistemas ópticos modernos, levando a avanços na tecnologia e na nossa compreensão do mundo natural.


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Leis da refração

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