Experimento do Sapinho ou dos espelhos côncavos
O ‘’Experimento do Sapinho’’, mais conhecido como mirascópio, consiste em colocar dois espelhos côncavos formando uma espécie de concha, porém com uma pequena abertura em um dos espelhos, um de frente para o outro (figura 1), fazendo com que o foco de cada espelho esteja no vértice do espelho oposto. Quando é colocado um objeto na superfície do espelho inferior, uma imagem real é formada por cima da abertura do espelho oposto à superfície. Esse fenômeno gera uma ilusão ótica que, para os que não entendem o que aconteceu, assemelha-se a um truque de mágica diante dos olhos do espectador.
Figura 1: Representação do experimento visto por dentro. As linhas são a representação do reflexo do sapo colidindo com os espelhos côncavos.
Para melhor entendimento do experimento é necessário ter uma base de como a física óptica funciona. A física óptica é o estudo da luz e é dividida em 3 áreas, sendo elas a óptica geométrica, ondulatória e quântica, no qual para esse experimento é preciso saber sobre a óptica geométrica.
Sabe-se que a luz tem um comportamento dual, isto é, ela tem comportamento de partícula e onda eletromagnética. Por sua vez, a óptica geométrica trata da luz como frentes de ondas, ou seja, o local geométrico em que os pontos têm o mesmo valor para o campo magnético. Esse tratamento, resume-se a um raio viajando em linha reta. Porém, observando-a na forma ondulatória é claro que muitas ondas não se propagam de maneira retilínea. Por essa razão, o grande físico Christiaan Huygens introduziu esse princípio para a óptica geométrica. A partir da figura 1 é possível ver que os raios de luz são perpendiculares às frentes de onda e sempre apontam para onde a luz se propaga.
Figura 2: Representação do espalhamento de luz a partir de uma fonte luminosa. As linhas amarelas são as frentes de onda, vermelhas representam o campo elétrico e pretas os raios de luz.
(Fonte: WOLFGANG, B; GARRY, D.; HELIO, D., 2013)
Quando um raio de luz incide sobre uma superfície ele reflete de forma difusa ou especular, no qual a primeira reflexão se trata de superfícies rugosas fazendo com que os raios se espalham de maneira aleatória, enquanto que a especular acontece em superfícies lisas como a de um espelho com os raios alinhados. Em relação a espelhos planos, em teoria, acontece 100% de reflexão da luz visível, porém conseguir essa perfeição é muito difícil e pela imagem abaixo é possível ver quando a luz não é 100% refletida, pois quando ocorrem várias reflexões desse tipo significa que a luz foi ricocheteada várias vezes antes de chegar aos olhos, porque houve certa porcentagem de absorção da luz pelo espelho.
Figura 3: Reflexão feita por um espelho plano.
(Fonte: WOLFGANG; GARRY; HELIO, 2013)
Os espelhos planos sempre irão formar imagens virtuais, ou seja, imagens que se encontram dentro do espelho como a figura 2, agora espelhos esféricos podem formar imagens reais também. Há dois tipos de espelhos esféricos: convergentes e divergentes. Os espelhos divergentes tratam dos espelhos convexos em que os raios de luz que incidem sobre eles divergem formando imagens virtuais. Agora os espelhos convergentes são tratados como espelhos côncavos e os raios convergem para um único ponto, imagine suas mãos em conchas e saberá qual o formato de um espelho côncavo - os convexos são o contrário. A terceira figura mostra como é a configuração de um espelho esférico côncavo (convexos têm os mesmos pontos).
Figura 4: Espelho esférico côncavo. O ponto V é o vértice do espelho, F o foco e C o centro de curvatura.
(Fonte: NUSSENZVEIG, 2010)
Quando um objeto é posicionado além do centro de curvatura de um espelho côncavo ou entre o centro e o foco uma imagem real, maior que o objeto e invertida é formada, mas o que significa imagem ser real? Uma imagem real nada mais é que uma imagem projetada que quando vista pode dar a impressão do objeto estar ali quando na verdade o objeto está em outro local. Espelhos côncavos podem ser usados em clínicas de odontologia devido ao aumento dos dentes para maior visualização do profissional.
No experimento, vemos o surgimento dos hologramas, mas você já se perguntou: qual a utilidade deles? No comércio, por exemplo, ele é utilizado em cédulas de dinheiro, cartões de crédito, selos etc, como uma forma anti-fraude devido ao padrão de cor que surge após ser iluminado. Podemos ver esse efeito quando observamos uma nota de R$20,00 iluminada na sua faixa holográfica. É possível observar a variedade de cores que aparece em diferentes ângulos.
Figura 5: Nota de vinte reais.(Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Cédula_de_vinte_reais#)
Dessa forma, vemos que é possível sair da abstração que é vista em sala de aula e analisar a vida real de uma forma mais científica, trazendo, assim, um aluno de ensino médio para o mundo da ciência sem que ele fique limitado a apenas fórmulas e contas matemáticas que são usadas de forma ultrapassada como única fonte de conhecimento disponível.
Referências
Adhya, S.; Noé, J. (2015). A Complete Ray-trace Analysis of the Mirage Toy. 10.1117/12.2207520.
Gomes, J.P.N. (2010). Desvendando os hologramas. Universidade Federal do Rio de Janeiro.
Krumphals, I. (2019). The Mirascope: an explanation on a conceptual level. Physics Education. 54. 045013. 10.1088/1361-6552/ab143a.
NUSSENZVEIG, H.M. Curso de física básica volume 4. Editora Blucher, 2010.
Phet Interactive Simulations. Óptica geométrica. University of Colorado Boulder. Disponível em: https://phet.colorado.edu/sims/html/geometric-optics/latest/geometric-optics_pt_BR.html. Acesso em: 22/09/2024.
WOLFGANG, B; GARRY, D.W.; HELIO, D. Física para universitários: Óptica e Física Moderna. AMGH Editora, 2013.
Physics demonstrations: the Mirascope. Skulls in the Stars, 2016. Disponível em: https://skullsinthestars.com/2016/05/02/physics-demonstrations-the-mirascope/. Acesso em: 02/10/2024.
CÉDULA DE VINTE REAIS. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2024. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=C%C3%A9dula_de_vinte_reais&oldid=68156850>. Acesso em: 02/10/2024.
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