Light refraction in containers partially filled with water: analysis of problems and experimental proposal

Macedo Junior, M. A. V.; Jesus, V. L. B. de

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Revista Brasileira de Ensino de Física

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Sumário

Artigos Gerais • Rev. Bras. Ensino Fís. 39 (3) • 2017 • https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2016-0222 copy

Light refraction in containers partially filled with water: analysis of problems and experimental proposal

Authorship SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

In the present work we discuss the approach used by some high school physics textbooks about the phenomenon of light refraction. In the introductory chapters to the refraction of light, images of objects partially immersed in containers filled with water are presented ”broken” and, in some cases, ”separated”, when viewed laterally. Besides characterizing the textbooks within a set of established criteria, we also present an experimental proposal with the intention of deepening the discussion about the theme. Using the Snell-Descartes law, we show measures related to the positions of images formed from a straw partially immersed in different water levels for two types of containers: one of circular base and another rectangular.

Keywords:
refraction; optics; physics teaching

Livros	Tipo de figura	Formato da base	Face lateral	Perspectiva de observação
Guimarães, Piqueira e Carron [²[2] O. Guimarães, J.R. Piqueira e W. Carron, Física (Ática, São Paulo, 2014), v. 2, 1ªed, p. 243.]	fotografia	circular	curva	lateral
Máximo e Alvarenga [³[3] A. Máximo e B. Alvarenga, Física: Contexto e Aplicações (Scipione, São Paulo, 2014), v. 2, 1ªed, p. 203.]	fotografia	circular	curva	superior
Pietrocola et al. [⁴[4] M. Pietrocola, A. Pogibin, R. Andrade e T.R. Romero, Física: Conceitos e Contextos (FTD, São Paulo, 2013), v. 2, 1ªed, p. 193.]	fotografia	circular	curva	lateral
Ramalho Junior, Ferraro e Soares [⁵[5] F. Ramalho Junior, N.G. Ferraro e P.A.T. Soares, Os Fundamentos da Física (Moderna, São Paulo, 2009), v. 2, 10ªed, p. 284.]	fotografia	circular	curva	lateral
Yamamoto e Fuke [⁶[6] K. Yamamoto e L.F. Fuke, Física para o Ensino Médio (Saraiva, São Paulo, 2013), v. 2, 3ªed, p. 179.]	fotografia	circular	curva	lateral

Livros	3	4	5
Guimarães, Piqueira e Carron [²[2] O. Guimarães, J.R. Piqueira e W. Carron, Física (Ática, São Paulo, 2014), v. 2, 1ªed, p. 243.]	×	×	×
Máximo e Alvarenga [³[3] A. Máximo e B. Alvarenga, Física: Contexto e Aplicações (Scipione, São Paulo, 2014), v. 2, 1ªed, p. 203.]	×	×
Pietrocola et al. [⁴[4] M. Pietrocola, A. Pogibin, R. Andrade e T.R. Romero, Física: Conceitos e Contextos (FTD, São Paulo, 2013), v. 2, 1ªed, p. 193.]	×	×	×
Ramalho Junior, Ferraro e Soares [⁵[5] F. Ramalho Junior, N.G. Ferraro e P.A.T. Soares, Os Fundamentos da Física (Moderna, São Paulo, 2009), v. 2, 10ªed, p. 284.]	×	×	×
Yamamoto e Fuke [⁶[6] K. Yamamoto e L.F. Fuke, Física para o Ensino Médio (Saraiva, São Paulo, 2013), v. 2, 3ªed, p. 179.]	×	×	×

Recipiente	Figura	Objeto ( $u$ )		Imagem ( $v$ )		Ângulo de incidência			Ângulo de refração
Recipiente		$x (m m)$	$y (m m)$	$x (m m)$	$y (m m)$	$θ_{1 i}$	$θ_{2 i}$	$θ_{3 i}$	$θ_{1 r}$	$θ_{2 r}$	$θ_{3 r}$
Base quadrada	7(a)	$- 43, 0$	0,0	$- 43, 0$	13,2	0,0 $^{\circ}$	15,0 $^{\circ}$	20,0 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	20,1 $^{\circ}$	27,1 $^{\circ}$
	7(b)	$- 21, 7$	0,0	$- 21, 7$	13,2	15,0 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	15,0 $^{\circ}$	20,1 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	20,1 $^{\circ}$
	7(c)	0,0	0,0	0,0	13,2	15,0 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	15,0 $^{\circ}$	20,1 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	20,1 $^{\circ}$
	7(d)	21,7	0,0	21,7	13,2	15,0 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	15,0 $^{\circ}$	20,1 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	20,1 $^{\circ}$
Base circular	8(a)	$- 31, 6$	0,0	reflexão total		70,6 $^{\circ}$	—	—	—	—	—
	8(b)	$- 17, 6$	0,0	$- 22, 9$	4,3	30,0 $^{\circ}$	31,6 $^{\circ}$	27,7 $^{\circ}$	41,7 $^{\circ}$	44,2 $^{\circ}$	38,2 $^{\circ}$
	8(c)	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$	0,0 $^{\circ}$
	8(d)	15,6	0,0	20,6	3,2	25,0 $^{\circ}$	28,0 $^{\circ}$	27,0 $^{\circ}$	34,2 $^{\circ}$	38,7 $^{\circ}$	37,1 $^{\circ}$

$β$	$θ_{1}$	$θ_{2}$	O canudo é observado?
$0, 0 0^{\circ} \leq β \leq 4, 3 2^{\circ}$	$0, 0 0^{\circ} \leq θ_{1} \leq 48, 6 3^{\circ}$	$0, 0 0^{\circ} \leq θ_{2} \leq 86, 7 1^{\circ}$	Sim
$4, 3 2^{\circ} < β < 78, 1 5^{\circ}$	$48, 6 3^{\circ} < θ_{1} < 48, 7 5^{\circ}$	¯	Não (reflexão total)
$78, 1 5^{\circ} \leq β \leq 180, 0 0^{\circ}$	$48, 7 5^{\circ} \leq θ_{1} \leq 0, 0 0^{\circ}$	$89, 4 6^{\circ} \leq θ_{2} \leq 0, 0 0^{\circ}$	Sim

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[1] * Endereço de correspondência: marcelo.junior@ifrj.edu.br.