• O que são os espelhos.
• Identificar alguns tipos de espelhos e classificá-los segundo suas formas e usos.
• Algumas aplicações tecnológicas dos espelhos.

• Propagação retilínea da luz e suas leis.
• Raios e feixes de luz.
• Reflexão da luz e suas leis.

As atividades dessa aula devem ser realizadas num laboratório de Física. Além dos materiais necessários às atividades, são necessários recursos multimídia (projetor multimídia e computador conectado à internet).

Atividade 1. A formação de imagem em um espelho plano

Objetiva ensinar os estudantes a observar e analisar imagens em espelhos planos e verificar simetrias em relação à imagem refletida.

Material

6 Kits compostos por: 2 espelhos planos retangulares e sem molduras, de 30 cm x 20 cm; figuras geométricas bidimensionais (quadrado, retângulo, triângulo, circulo) e fotografias de pessoas, sendo de tamanho não superior às dimensões de uma folha A4;  folhas A4 com palavras (AMOR, AMBULÂNCIA, CASA, AMA, ATA).

Procedimento

Para uma sala de 30 estudantes, formar equipes com cinco integrantes. Cada equipe receberá um Kit contendo o material para a realização do experimento.

O professor deve solicitar aos estudantes que respondam às questões propostas, tendo por base os experimentos realizados e os resultados observados. Como plano de trabalho, siga as instruções abaixo:

- os experimentos devem ser realizados em lugar plano, preferencialmente sobre uma bancada nivelada.
- cada equipe, composta por cinco estudantes, receberá um kit contendo os espelhos, figuras, gravuras e palavras;
- cada equipe, manuseando o material e realizando as atividades, tentará responder às questões propostas, que guiarão o experimento.

Questões:

a)    As imagens dos objetos colocados diante do espelho são iguais ou diferentes deles?

b)    Se colocássemos a palavra AMOR em frente a um dos espelhos, como seria a imagem formada? E se colocássemos a palavra ATA?

c)    Que procedimento podería ser utilizado para que fosse possível observar uma imagem da palavra AMOR com as letras escritas nessa mesma ordem? (Não vale alterar a ordem das letras da palavra cuja imagem será observada)

d)    A imagem do espelho plano é virtual ou real? Por quê?

e)    Se uma pessoa levantar a mão esquerda em frente ao espelho, sua imagem refletida levantará qual das mãos?

Tendo por base o conhecimento prévio exigido do estudante, acerca das leis de propagação  e reflexão da luz, o professor deverá explicar como se formam as imagens em um espelho plano, esclarecendo que:

a) A imagem se forma atrás do espelho (imagem virtual) através do cruzamento dos prolongamentos dos raios que incidem o espelho. A imagem tem o mesmo tamanho do objeto.

b) A mesma distância do objeto ao espelho é a da imagem ao espelho.

c) Ocorre a reversão da imagem (direita para a esquerda ou vice-versa, mas não de baixo para cima).

Figura 1: Imagem em espelho plano. Imagem obtida em: http://osfundamentosdafisica.blogspot.com/2010_08_01_archive.html

Os espelhos planos podem ser usados para observarmos imagens que estejam fora de nosso campo de visão direta (retrovisor de automóveis, periscópios, etc.). Eles servem também para desviar a luz, refletindo-a para outras direções.

Atividade 2 :  Experimento com espelhos convexos

Objetiva propiciar ao estudante reconhecer um espelho convexo, compreender como se formam as imagens nesse tipo de espelho e aprender algumas de suas utilidades.

O professor deve, inicialmente, dar uma definição de espelho convexo e fornecer informações que ajudem os estudantes a analisarem os experimentos e perceberem possíveis ultilidades desse tipo de espelho.  Por exemplo, pode dizer que é um tipo de espelho esférico no qual a reflexão ocorre no lado exterior da esfera (ou calota esférica), alterando a imagem refletida por ele. A imagem será sempre virtual, direita, e menor que o objeto que a originou. Devido ao fato dos espelhos convexos nos permitirem ampliar nosso campo de visão, eles favorecem ações de segurança.

Figura 2. Leis de reflexão em espelhos esféricos. Imagem obtida em:  http://static.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/01/espelho-convexo-6-raios-incidentes.jpg

Material

01 espelho convexo de tamanho médio (10 cm de raio), 01 lápis pequeno, 01 suporte para o espelho.

Procedimento:

- O material deve ser colocado sobre uma superfície plana.

- O espelho deve ser fixado em pé.

- O professor deve pedir aos estudantes para afastarem e aproximarem o lápis do espelho, observando e anotando as características da imagem formada. 

- Baseados nas observações e anotações realizadas, os estudantes devem responder às seguintes perguntas:

1)     O experimento comprova as características das imagens, conforme descritas junto à definição de espelho convexo?

Resposta esperada: sim

2)      No seu experimento, foi possível obter uma imagem maior que o objeto utilizado? Se não, isso está de acordo com o esperado?

Resposta esperada: Não e está de acordo com o esperado.

            3)      Cite locais em que os espelhos convexos são utilizados como recurso para vigilância e segurança.

      Resposta esperada: Eles são usados em supermercados, lojas e áreas de grande movimentação de pessoas.

Atividade 3 : Determinando o foco de espelhos côncavos.

Objetiva permitir ao estudante conhecer os espelhos côncavos, compreender como as imagens são formadas por ele e as situações onde eles são usados.

Inicialmente, o professor deve dar uma definição do espelho côncavo. Ele pode dizer que o espelho côncavo é uma superfície esférica que apresenta na parte interna o seu lado refletor. Nele podemos obter imagens que são reais ou virtuais, dependendo da posição ocupada pelo objeto diante desse espelho e a  orientação da imagem pode ser direita ou invertida, também dependendo de onde o objeto está posicionado em relação ao espelho.

Após a definição, o professor proporá a realização do experimento abaixo para ensinar os estudantes a identificarem o ponto focal (foco) dos espelhos côncavos.

Figura 3. Experimento para encontrar o foco de um espelho côncavo. Imagem obtida em: http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/opt08.htm

Material

06 Kits composto, cada um,  pelo seguinte material:

- 01 Pente de aproximadamente 20  cm

- 01 lanterna de duas ou três pilhas médias ou grandes.

- 01 tira de metal espelhado, de aproximadamente 15 cm de comprimento por 05 cm de largura.

- 06 computadores com acesso a internet.

Procedimento:

Os estudantes devem realizar a montagem do experimento, conforme demonstrado na figura acima, sobre uma bancada plana e horizontal, seguindo os passos sugeridos:

- colocar a tira de metal espelhado sobre a bancada;

- colocar o pente a uma distância de aproximadamente 30 cm da tira e ligar a lanterna;

- Ligar a lanterna e fazer com que os raios de luz provenientes dela passem pelos dentes do pente e atinjam a tira de metal (lanterna, o pente e a tira metálica devem estar em linha reta).

Em seguida os estudantes devem procurar responder às seguintes questões:

- O que ocorre com os raios após passarem pelo pente e serem refletidos pela tira de metal espelhado?

Resposta esperada: Os raios refletidos cruzam-se em um ponto situado na frente do espelhos.

- O que é esse ponto onde os raios se cruzam?

Resposta esperada: O ponto focal (foco) do espelho.

Após determinado o ponto focal, o professor deve explicar aos estudantes que nos espelhos esféricos o centro desse espelho está a uma distância do vértice que é o dobro daquela do vértice ao foco.

Tendo realizado o experimento, o professor deve pedir que os estudantes acessem, na internet, o seguinte endereço: http://fisica.ufpr.br/ntnujava/Lens/lens_e.html, onde poderão simular lentes e espelhos e verificar a formação de imagens e responderem às seguintes questões:

1 – Colocando um objeto antes do centro de um espelho côncavo, como será a imagem formada?

Resposta esperada: real, invertida e menor.

2 – Colocando o mesmo objeto sobre o centro do espelho côncavo, como ficará a imagem obtida?

Resposta esperada: real, invertida e mesmo tamanho.

3 – E se o mesmo objeto for colocado no foco desse espelho, como ficará a imagem formada?

Resposta esperada: Imprópria, pois os raios refletidos serão paralelos e se cruzam no infinito.

4 – Caso o objeto seja colocado entre o foco e o vértice do espelho côncavo, como será a imagem?

Resposta esperada: Virtual, direita e maior.

Comumente os espelhos côncavos são utilizados em aplicações bem específicas, isso ocorre por que as imagens formadas variam de acordo com a posição do objeto. Podem ser encontrados em alguns tipos de telescópios, projetores e também em equipamenteos de consultórios odontológicos e salões de beleza (espelhos de maquiagem).

Para saber mais sobre como  determinar o foco de um espelho côncavo, consulte o endereço:  http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/opt08.htm

Para melhor compreesão das leis sobre reflexão da luz e o processo de formação de imagens pelos espelhos, acesse o seguinte endereço: http://efisica.if.usp.br/otica/basico/reflexao/leis/ 

Para consultar as leis que descrevem os processos de formação de imagens em espelhos, consulte o endereço:   http://www.desconversa.com.br/fisica/exercicios-espelhos-esferico/

Após estudar esta aula sobre espelhos o estudante deverá ser capaz de:

• Reconhecer os diferentes tipos de espelho e saber como as imagens são formadas em cada um deles.
• Numa determinada situação prática saber qual tipo de espelho deve ser utilizado.