relatorio_al_3_2

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+ Física  •  Física e Química A  •  Física  •  11.o ano  •  Material fotocopiável  •  © Santillana
Parte I Preparação da atividade laboratorial
O que é preciso saber…
1 Descreva o fenómeno da difração e as condições em que pode ocorrer. 
 O fenómeno da difração deve-se ao desvio (deformação) sofrido pelas ondas ao contornar obstáculos 
(objetos, orifícios ou fendas) que permitem a passagem de somente uma pequena fração da onda 
e é observável quando o obstáculo tem dimensões comparáveis ao comprimento de onda (comprimento 
de onda da ordem de grandeza das dimensões do obstáculo). A difração é um efeito exclusivamente 
ondulatório e aplica-se tanto para ondas mecânicas quanto para ondas eletromagnéticas.
2 Certas ondas eletromagnéticas de grande comprimento de onda (as ondas de TV, de rádio AM 
e FM) contornam obstáculos de grandes dimensões (árvores, prédios e montanhas) durante 
a sua propagação, sendo assim captadas pelos aparelhos recetores, enquanto a luz visível 
não os contorna. Quanto às micro-ondas (utilizadas em radares e nas comunicações com satélites 
e antenas parabólicas) e aos infravermelhos (utilizados nos comandos remotos), de menor 
comprimento de onda, estes quase não sofrem difração, propagando-se em linha reta.
OBJETIVO GERAL
Investigar o fenómeno de difração e determinar o comprimento de onda da luz de um laser. 
a realização da atividade laboratorial proposta irá permitir investigar 
o fenómeno de difração, pela intercalação de obstáculos — fenda 
de abertura variável e fendas múltiplas — entre um feixe e um alvo, 
e determinar experimentalmente, através da utilização de redes de 
difração de características conhecidas, o comprimento de onda de 
uma fonte de luz (laser). 
a luz é uma onda eletromagnética que resulta da propagação de 
campos elétricos e magnéticos variáveis, perpendiculares entre si 
e perpendiculares à direção de propagação da onda. a difração, 
enquanto fenómeno ondulatório, é a propriedade que as ondas 
têm que lhes permite contornar obstáculos ou passar por aberturas 
(orifícios ou fendas), quando são parcialmente interrompidas por eles. 
a maior ou menor capacidade que uma onda tem de sofrer difração está relacionada com o tamanho 
do obstáculo a ser contornado ou com a largura da passagem a ser transposta e com o seu 
comprimento de onda. O ângulo de difração é maior para os comprimentos de onda maiores, 
e aumenta quando o tamanho do obstáculo se torna comparável com o comprimento de onda 
(o obstáculo tem que ser sempre maior que o comprimento de onda). Ou seja, a onda contorna 
mais eficientemente os obstáculos que têm dimensões próximas do seu comprimento de onda.
AL 3.2 COMPRIMENTO DE ONDA E DIFRAÇÃO
U6P242H8a
1019 1018 1017 1016 1015 1014 1013 1012 1011 1010 109 108 107 106
0,
1 
Å
1 
Å
10
00
 n
m
10
00
 µ
m
f /Hz
Comprimento de onda
1 
nm
1 
cm
10
 c
m
1 
m
10
 m
10
0 
m
10
00
 m
10
 n
m
10
 µ
m
10
0 
µm
10
0 
nm
R
ai
os
-c
R
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 X
R
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V
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TV O
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R
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ar FM A
M
Vi
sí
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l
espetro eletromagnético
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Relatórios das atividades laboratoriais
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 2.1 Comente as seguintes afirmações:
 A.   As ondas longas de rádio difratam-se mais do que as ondas de FM, tal como a luz vermelha  
se difrata mais do que a luz violeta. 
 B. Para captar o sinal em melhores condições, uma antena parabólica deve ser apontada 
diretamente para o satélite, sem obstáculos entre ambos. 
 A: Nas mesmas condições, ondas de maior comprimento de onda sofrem uma maior difração 
do que ondas da mesma natureza mas de menor comprimento de onda.
 B: A localização da antena recetora de micro-ondas é muito importante. Esta deve ser instalada 
num local sem obstáculos próximos (prédios, muros, árvores, etc.) que impeçam a receção do sinal, 
uma vez que as ondas quase não sofrem difração por obstáculos de tais dimensões, o que 
impossibilita que contornem esses obstáculos e venham a ser detetadas pelos recetores.
3 Selecione a(s) opção(ões) que completa(m) corretamente a frase seguinte:
 As dimensões do objeto ou da abertura, para as quais se observa o fenómeno da difração de uma 
dada onda, dependem do comprimento de onda dessa onda: quanto […] forem tais dimensões, 
quando comparadas com o comprimento de onda, tanto […] evidente será o fenómeno.
 A. […] maiores […] mais […]
 B. […] maiores […] menos […]
 C. […] menores […] menos […]
 D. […] menores […] mais […]
 Resposta: B e D.
4 O que é uma rede de difração e para que serve?
 A construção de uma rede de difração depende do tipo de onda a usar. Uma rede de difração é definida 
por uma superfície onde se encontram múltiplos obstáculos, por exemplo, ranhuras, linhas ou fendas 
(zonas transparentes ou opacas), paralelas e de distância e largura constantes (com a distância entre 
as fendas da ordem de grandeza do(s) comprimento(s) de onda da radiação). Quando uma onda de luz 
policromática incide sobre uma rede de detração é difratada, mostrando, num alvo, os máximos 
de intensidade associados a cada comprimento de onda, m, permitindo efetuar uma análise espetral.
5 Quando uma onda de luz incide sobre um conjunto 
de fendas, é difratada, dando origem a máximos 
e mínimos de intensidade bem definidos em diversas 
posições num alvo.
 Conhecendo as propriedades de uma rede de difração, 
é possível determinar o m da onda incidente a partir da 
expressão: mm = d sen i (sendo m a ordem do máximo, 
i o ângulo entre a direção perpendicular à rede e a 
direção que passa pelo ponto luminoso e pelo ponto 
de incidência do feixe na rede de difração, e d a distância 
entre duas fendas consecutivas).
 5.1 De acordo com os dados da tabela, determine 
o comprimento de onda da radiação incidente.
u5p230h2
máximo
de 1.ª
ordem
máximo
de 1.ª
ordem
máximo
central
on
da
 d
e 
lu
z 
in
ci
de
nt
e
rede de difração alvo
m = 1
m = 1
m = -1
L
i
Dx
i
-2
49,47
+1
22,45
-1
22,37
+2
49,77
Ordem (m)
i/°
Tabela 1 Dados obtidos experimentalmente para uma 
rede de difração com 600 linhas/mm.
 Para uma rede de difração com 600 linhas/mm:
d = 
600
1 10 3# -
 = 1,67 × 10-6 m (1,67 nm)
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 Ordem m = -2:
m = 
, ( , )
2
1 67 10 49 47sen6# #-
 = 635 nm
 Ordem m = -1:
m = 
, ( ),1 67 10
1
22 37sen6# #-
 = 636 nm
 Ordem m = +1:
m = 
, ( ),1 67 10
1
22 45sen6# #-
 = 638 nm
 Ordem m = +2:
m = 
, ( ),1 67 10
2
49 77sen6# #-
 = 637 nm
 Valor de mexperimental dado pelo valor médio:
mexp = 4
635 636 638 637+ + +
 = 636 nm
 O erro ou incerteza no valor médio é dado pelo máximo dos desvios dmáximo = 2 mm:
mexp = (636 ! 2) nm
mexp = 636 nm ! 0,3%
Refletir e construir o procedimento experimental…
Na figura A está esquematizada a montagem que representa um método utilizado para observar 
e analisar os efeitos provocados na luz emitida por um laser, quando passa por um conjunto 
de fendas (uma ou várias). Esta é difratada e produz um padrão de difração sobre um alvo (B). 
A onda de luz ao passar por uma fenda vai espalhar-se por todo o espaço e não apenas no espaço de 
largura que corresponde ao tamanho da abertura da fenda. O padrão obtido apresenta um máximo 
central de maior intensidade, que é seguido por máximos menos intensos intercalados por mínimos, 
onde não é possível observar luz.
Experimentalmente, é observado que o padrão de difração resultante tem uma distribuição espacial 
que depende do comprimento deonda e que, para um feixe de luz qualquer, que incida 
perpendicularmente a uma rede de difração, se produz um padrão de difração descrito pela expressão 
mm = d sen i, onde se pode calcular o(s) comprimento(s) de onda que a luz analisada emite.
u5p230h3
laser He-Ne
fenda ou rede
alvo
a B
Padrão de difração produzido por uma fenda.
1 Devem ser utilizados obstáculos com dimensão ou largura da passagem a ser transposta 
comparável ao comprimento de onda da onda incidente? Justifique a sua resposta.
 Para que ocorra o fenómeno de difração de uma onda é necessário que o tamanho dos obstáculos seja 
comparável ao do comprimento de onda da onda, mas superior a este, e é tanto mais acentuado quanto 
maior for o comprimento de onda.
2 Explique por que razão se utiliza um laser no estudo de fenómenos de difração, em detrimento 
da luz branca emitida pelo Sol ou por lâmpadas comuns.
 Por exemplo, a luz branca emitida pelo Sol ou por algumas lâmpadas comuns de incandescência 
é policromática (radiação de vários comprimentos de onda), pelo que na região visível (400-700 nm) 
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o fenómeno de difração ocorre para obstáculos da ordem de grandeza de 10-6 m. Tal significa que, 
por exemplo, para um obstáculo de dimensões de 2 # 10-6 m seria observada em simultâneo a difração 
de todos os comprimentos de onda, conduzindo a um padrão de difração contínuo, o que dificultaria 
a determinação, com rigor, de um dado comprimento de onda.
3 Para determinar o comprimento de onda da luz emitida, são utilizados conjuntos de muitas fendas, 
dispostas paralelamente entre si, com da ordem de centenas de fendas por milímetro (rede de difração).
 3.1 Considerando uma rede de difração com 600 linhas/mm, calcule: 
 a) a ordem de grandeza da distância entre as linhas e compare-a com a do comprimento 
de onda da luz visível;
 Para uma rede de difração com 600 linhas/mm:
d = 
600
1 10 3# -
 = 1,67 × 10-6 m
 Ordem de grandeza 10-6, comparável com a do comprimento de onda da luz visível.
 b)   a distância entre os máximos de primeira ordem, sabendo que foi utilizado um laser de He-Ne  
(m = 632,8 nm); e o alvo que se encontra a uma distância de 1,00 m da rede de difração.
mm = d sen i
 Ordem m = !1:
632,8 × 10-9 = 
, ( )
1
1 67 10 sen6# # i-
 +
+ im = !1 = sen-1 
,
,
1 67 10
632 8 10
6
9
#
#
-
-
f p = 22,3 °
 Logo,
Dx = D × tg i = 1,00 × tg (22,3°) + Dx = 0,410 m
 A distância entre os máximos de primeira ordem será 2 × Dx = 0,820 m (82,0 cm).
Parte II Execução da atividade laboratorial
Material utilizado no procedimento experimental…
•   Fonte de luz
•   Laser de He-Ne
•   Fenda de abertura variável (em alternativa, um conjunto  
de fendas com aberturas de diferentes dimensões)
•   Conjunto de fendas múltiplas 
•   Rede de difração (300 a 600 linhas/mm)
•   Calha ótica com os respetivos suportes
•   Régua e fita métrica
•   Papel milimétrico ou quadriculado
Execução do procedimento experimental
Luz laser: Independentemente da classe de potência a que pertençam, todos representam risco de danos 
sérios e permanentes ao olho (queimaduras de retina podem ocorrer em frações de segundo).
Nunca olhe diretamente para o feixe do laser, nem para as reflexões especulares do feixe, e não o direcione 
para qualquer outro lugar que não seja o alvo (que deve ser de um material não refletor).
O trabalho com laser deve ser realizado em áreas de boa iluminação geral, para manter as pupilas 
contraídas e assim limitar a energia que poderia, inadequadamente, penetrar nos olhos.u6p230h6
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•   Faça a montagem do conjunto laser, suporte para fendas e alvo, de acordo com a montagem experimental 
ilustrada anteriormente. 
•   Posicione o alvo a cerca de 1 metro do suporte para fendas/rede de difração. 
 SUGESTÃO: Utilize a parede do laboratório como suporte para o alvo.
•   Para material-alvo utilize uma folha de papel, preferencialmente milimétrico ou quadriculado, já que permite 
uma análise mais fácil do padrão de difração, e registe com um lápis o perfil de difração. 
em alternativa, também pode utilizar uma máquina fotográfica para registar os padrões (caso o papel não 
tenha referências, deve colocar uma régua na mesma fotografia). 
•   Para que as observações e medições sejam feitas com precisão, certifique-se de que, durante a realização 
dos diferentes ensaios, as fendas e o alvo estão posicionados perpendicularmente ao feixe do laser.
•   Tenha em atenção a escala dos instrumentos de medida e conceba uma tabela de registo de dados de forma 
a sistematizar a informação relevante (grandeza física; menor divisão da escala; digital/analógico; incerteza 
absoluta de leitura).
Tabela 1 Caracterização dos instrumentos de medida
Comprimento
analógico
1 mm
!0,5 mm
Régua/Fita métrica
Menor divisão de leitura/unidade
Incerteza absoluta de leitura/unidade
Grandeza física
Digital/analógico
A — Estudo do efeito da variação da largura de uma fenda no padrão de difração
•   Ligue o laser e, com o suporte sem fendas, observe e registe no alvo o ponto de incidência do laser.
•   Coloque no suporte uma fenda de abertura variável, iniciando com a abertura máxima.
•   Desloque verticalmente o material-alvo (cerca de 2 cm) e registe o novo padrão.
•   Diminua, sucessivamente, a dimensão de abertura da fenda e repita o procedimento anterior. 
SUGESTÃO: Pode efetuar um registo de vídeo das variações na forma da zona iluminada quando se vai fechando 
a fenda. tenha em atenção os cuidados a ter com a luz laser.
•   Realize o número de ensaios que considere suficientes para o estudo do efeito da largura de uma fenda  
no padrão de difração. 
 NOTA: Se necessário, ajuste, inicialmente, a posição da fenda de modo a obter um padrão definido de difração no alvo 
(máximos nítidos e separados). Garanta a perpendicularidade entre o feixe do laser e a fenda. Todas as análises 
posteriores serão feitas com base nos registos efetuados no material-alvo; deste modo, faça-as com cuidado e atenção.
B — Estudo do efeito da variação do número de fendas no padrão de difração
•   Substitua o material-alvo e prepare um conjunto de fendas múltiplas.
•   Ligue o laser e, com uma fenda simples no suporte, observe e registe no alvo o padrão de difração.
•   Aumente, sucessivamente, o número de fendas, desloque verticalmente o material-alvo e registe  
o número de fendas e o novo padrão de difração.
aparelhos de medida
Educateca_AL32_P6h1
Fenda de abertura variável
A
be
rt
ur
a 
da
 f
en
da
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C — Determinação do comprimento de onda da luz incidente
•   Substitua o material-alvo e prepare uma rede de difração de características conhecidas.
•   Ligue o laser e, com a rede de difração no suporte, observe no alvo o padrão de difração.
•   Certifique-se de que os máximos (positivos e negativos) estão equidistantes do máximo central. 
NOTA: Se necessário, ajuste a montagem experimental para que as fendas e o alvo estejam posicionados 
perpendicularmente ao feixe do laser. Deve ser obtido um padrão de difração definido e simétrico.
•   Meça e registe a distância da rede de difração ao alvo e a posição dos máximos observados  
(pelo menos dois de cada lado), indicando a sua ordem. 
 SUGESTÃO: elabore uma tabela para registo das características da rede de difração, da distância da rede 
de difração ao alvo (L), da distância dos máximos ao máximo central (Dx) e dasua ordem (m).
•   Realize o número de ensaios que considere suficientes para o estudo do efeito da variação do número  
de fendas no padrão de difração. 
NOTA: Se necessário, ajuste a posição das fendas de modo a obter um padrão definido e simétrico de difração no alvo. 
Garanta a perpendicularidade entre o feixe do laser e as fendas.
-2
632,8
1,1700
1,0000
600
+1
0,4120
-1
0,4110
+2
1,1710
Ordem (m)
Dx/m ! 0,0005
D ! 0,0005 /m
m/nm
rede de difração 
(linhas/mm)
Tabela 2 registo das medições diretas que permitem a determinação 
do comprimento de onda da luz incidente
•   Troque o laser por uma fonte de luz policromática (luz branca) ou luz LED (por exemplo, com LED vermelho, 
verde e azul).
•   Use dispositivos de abertura vertical, entre a rede de difração e a fonte de luz, de modo a colimar 
convenientemente o feixe.
•   Observe o padrão de difração e, para cada uma das cores que é formada, meça e registe a distância  
ao máximo central observado, obtendo assim valores Dxm relativos a cada cor.
Verifica-se que, para a fonte de luz branca, a rede de difração permite 
obter um padrão onde é possível observar por difração a decomposição 
da luz nas suas cores constituintes (vermelho; verde; azul).
O padrão apresenta no centro uma risca branca (máximo central ou 
de ordem zero, para os diferentes comprimentos de onda e 
combinação de todas as suas cores constituintes), é simétrico (com a 
radiação azul a ser menos desviada em oposição ao maior desvio da 
radiação vermelha) e os máximos de ordem superior vão-se afastando 
gradualmente da posição central e apresentando menor intensidade.
Educateca_AL32_P6h2
Fendas múltiplas
N
úm
er
o 
de
 f
en
da
s
Educateca_AL32_P7h1
B – Branco
A – Azul
V – Vermelho
=m 2 =m 2
=m 1 =m 1
=m 0
BVA A A AV VV
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Parte III Análise e discussão da atividade laboratorial
A — Estudo do efeito da variação da largura de uma fenda no padrão de difração
1 Com base nos registos efetuados no material-alvo, infira quanto à variação da forma da zona 
iluminada com a diminuição da dimensão da fenda.
 À medida que a largura da fenda vai diminuindo, observa-se existe uma largura a partir da qual 
se começa a observar um padrão de zonas iluminadas (máximos de intensidade) e zonas escuras, 
simetricamente dispostas à direita e à esquerda do centro do padrão. Isso significa que se atingiu 
a dimensão do obstáculo é da mesma ordem de grandeza, mas superior ao comprimento de onda 
do laser incidente. Diminuindo ainda mais a largura da fenda, observa-se que a dimensão de cada 
zona iluminada (paralela à largura da fenda) aumenta e o número de zonas iluminadas e escuras 
simetricamente distribuídas, à esquerda e à direita em relação ao centro diminui. No limite 
observar-se-ia apenas um máximo de intensidade, o central, pois os restantes estariam tão afastados 
deste que não seria possíveis de observar no plano do alvo.
B — Estudo do efeito da variação do número de fendas no padrão de difração
2 Atentando nos registos efetuados no material-alvo, conclua quanto ao efeito do aumento 
do número de fendas, no padrão de difração.
 Ao decorrer o fenómeno de difração da onda e com o aumento sucessivo do número de fendas 
os máximos de intensidade encontram-se mais afastados e tornam-se mais localizados, ou seja, 
mais estreitos e mais intensos. 
 Deste modo, quanto maior for o número de fendas, mais intensos e com melhor resolução serão obtidos 
os máximos. As suas posições angulares, isto é, os ângulos i que as determinam, podem ser medidas 
com maior precisão, e, deste modo, o comprimento de onda da luz que incide nas fendas pode ser 
determinado com melhor precisão.
C — Determinação do comprimento de onda da luz incidente
3 Tendo em conta os registos efetuados, determine o comprimento de onda da luz laser utilizada.
 Para uma rede de difração com 600 linhas/mm:
d = 
600
1 10 3# -
 = 1,67 × 10-6 m (1,67 nm)
 Sabendo que:
mm = d sen i e L = 1,00 m
m
d
x L
x
m
2 22
i
i
i
i
#
m
D
D
=
+
 Ordem m = -2:
mm = -2 = 
,
, ,
,
2
1 67 10
1 170 1 00
1 170
6
2 22
# #
+
-
 = 635 nm
 Ordem m = -1:
mm = -1 = 
,
,,
,
1 67 10
1 00
1
0 411
0 411
6
2 22
# #
+
-
 = 635 nm
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Relatórios das atividades laboratoriais
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 Ordem m = +1:
mm = +1 = 
,
, ,
,
1
1 67 10
0 41 1 00
0 41
2
2
6
2 22
# #
+
-
 = 636 nm
 Ordem m = +2:
mm = +2 = 
,
,,
,
1 67 10
1 00
2
1 171
1 171
6
2 22
# #
+
-
 = 635 nm
 Valor de mexperimental:
mexperimental = 4
635 63 63635 6 5+ + +
 = 635 nm
mexperimental = 635 nm 
4 Determine o erro percentual associado à determinação experimental do valor do comprimento 
de onda da luz laser utilizada e conclua quanto à sua exatidão.
d = 
635
1
 × 100 b 0,2 %
mexperimental = 635 nm ! 0,2 %
mteórico = 632,8 nm
 Verifica-se que o valor experimental se aproxima do valor teórico , %0 5
teórico
1
m
mD
e o. O valor 
experimental pode ser considerado exato e o método é exato.
5 Baseando-se nos registos efetuados, justifique o uso de redes de difração em espetroscopia 
(por exemplo, na identificação de elementos químicos), tendo em conta a dispersão da luz 
policromática que elas originam.
 O padrão resultante apresenta uma distribuição espacial que depende do comprimento de onda, 
logo, para diferentes comprimentos de onda é possível observar os máximos de intensidade em posições 
diferentes. Deste modo, a rede de difração torna-se um poderoso elemento de decomposição da luz, 
sendo mais preciso do que a dispersão através de prismas, permitindo determinar o(s) comprimento(s) 
de onda que a luz analisada contém (os comprimentos de onda das diversas cores observadas — 
ver figura 24 da página 233 do manual) e efetuar uma análise espetral. Esta análise é importante, 
pois cada elemento existente na natureza tem um espetro característico. Como átomos de diferentes 
elementos químicos têm espetros de absorção e de emissão distintos, a análise espetral permite 
diferenciá-los, quando presentes numa dada amostra.
6 Elabore um relatório (ou síntese, oralmente ou por escrito, ou noutros formatos) sobre a atividade 
laboratorial realizada.
 SUGESTÃO: Avalie o resultado experimental obtido e infira se, nas condições experimentais, se observam 
as previsões do modelo teórico.
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