Prévia do material em texto
CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA/ELETRONICA DISCIPLINA – FISICA – ÓPTICA E PRINCIPIOS DE FISICA MODERNA DIFRAÇÃO E INTERFERENCIA ALUNO: GERALDO NARCISO PORTO RU:2576484 PROFESSOR : CRISTIANO CANCELA DA CRUZ ARARAS-SP 2021 Objetivo Estudar o fenômeno da difração utilizando um laser e fendas de diferentes tamanhos. Verificar os padrões de interferência e difração produzidos por diferentes fendas. Material Utilizado Simulador do grupo ALGETEC - Bancadas Didáticas Fonte de Laser Suporte para lâmina de difração (fendas), Lâmina de difração com diferentes aberturas (fio de cabelo e fendas dupla). Detector – anteparo Difração em fenda única Figura 1. Bancada preparada para início de experimento (fenda unica) Figura 2. Regulagem do anteparo posicionando o marcador em 600 mm e a fenda no marcador em 400 mm conforme pede o experimento. Figura 3. Selecionando a opção “fio de cabelo” aproximando o visor, é possível fazer a medição com mais precisão. Medindo as fendas únicas teremos os seguintes resultados na tabela 1. Minimo m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 Largura da abertura Distancia (y) mm Fio de cabelo (60μm) 1,3 3,5 6 8 10,5 12,5 Tabela de dados 1. Difração em Fenda Dupla Continuando os procedimentos do experimento, vamos agora selecionar a lamina para Fenda Dupla I, Fenda Dupla II e por último Fenda Dupla III. Medindo os valores conforme as figuras, teremos os seguintes resultados conforme tabela 2 abaixo. Figura 4. Franja Fenda Dupla 1 Figura 4. Franja Fenda Dupla 2 Figura 5. Franja Fenda Dupla 3 Minimo m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 16 21 Largura da abertura Distancia (Y) mm 2,6 6,8 11,5 15,5 Fenda dupla 1 Fenda dupla 2 Fenda dupla 3 15,5 1,6 4 7 10 12,5 25,5 1,6 4,4 7 10 12,5 Tabela de dados 2. Análise dos Resultados e Conclusões Difração em fio de cabelo 1 – Pela observação das figuras de difração e dos resultados da tabela de dados , como o espaçamento entre as franjas varia com a espessura do fio de cabelo? Resposta: Varia com a razão a / λ , quanto menor a largura da fenda, maior o espaçamento entre as franjas. 2 – Com base na geometria, escreva uma expressão para calcular o ângulo formado entre a direção do feixe central e a direção de cada mínimo. Estes ângulos são calculados considerando que a direção do feixe em cada mínimo, a direção do feixe no máximo central (distancia D) e a distância dos mínimos no anteparo y formam um triangulo retângulo. Resposta: Tan Ɵ = y / D 3 – Com base na óptica física, escreva uma expressão para calcular o ângulo formado entre a direção do feixe central e a direção de cada mínimo devido a difração. Resposta: D sen Ɵ= (m+1/2) λ 4 – Combine as expressões dos itens anteriores de forma a resultar uma equação para a distância entre os mínimos em função da ordem destas mínimos. Lembre-se que para Ɵ pequeno medidos em radianos vale a aproximação sen Ɵ = Ɵ tan Ɵ. Resposta: tan Ɵ= sem Ɵ y/d = (m+1/2) y y=D λm/d + D λ/D 5 – Usando os resultados para o fio de cabelo na tabela de dados 1 faça o gráfico representando a ordem dos mínimos (m) no eixo horizontal e a separação entre os mínimos y (em metros) no eixo vertical. Qual o significado físico dos coeficientes deste gráfico? Minimo m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 Largura da abertura Distancia (y) mm Fio de cabelo (60μm) 1,3 3,5 6 8 10,5 12,5 1,3 3,5 6 8 10,5 12,5 M=1 M=2 M=3 M=4 M=5 M=6 Distancia (y) mm Gráfico 1 difração em fenda unica Resposta: podemos observar pelo gráfico que forma uma reta linear relativa a uma função de primeiro grau y = (Dλ/a).m x=m a=(Dλ/a) y=ax+b b=0 6 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação Resposta: y=ax+b y=Dλ/a 7 – A partir deste resultado calcule a largura do fio de cabelo. Resposta: y=Dλ/a a=D. λ/y x=(m2 – m1) A=200*0,0007/2,3 = 0,0608= 60,86μm 8 – Compare este valor obtido experimentalmente com o nominal citado na tabela de dados 1. Resposta: 60 μm é nominal, o que teve de resultado no experimento e de 60,8 μm Interferência em fenda dupla 1 – Como padrão de interferência em fenda dupla se diferencia do padrão obtido para a fenda simples? Resposta: o número de mínimos aumentou com a fenda dupla, com a interferência das ondas duplas de forma construtiva e destrutiva. 2 – Com base na geometria, escreva uma equação para calcular o ângulo formado entre a direção do feixe central e a direção de cada mínimo. Estes ângulos são calculados considerando que a direção do feixe em cada mínimo, a direção do feixe no máximo central (distância D) e a distância dos mínimos no anteparo formam um triângulo retângulo. Resposta: tan Ɵ = y/D 3 – Com base na óptica física, escreva uma expressão para calcular o ângulo formado entre a direção do feixe central e a direção de cada mínimo devido a interferência. Resposta: d sen Ɵ=(m+1/2) λ 4 – Combine as expressões dos itens anteriores de forma a resultar uma equação para distância entre os mínimos em função da ordem destes mínimos. Lembre-se que para ângulos 𝜃 pequenos vale a aproximação 𝑠𝑒𝑛𝜃 ≈ 𝜃 ≈ 𝑡𝑎𝑛𝜃. Resposta: y/d = (m+1/2) y y=D λm/d + D λ/D 5 – Usando os resultados para a fenda dupla I na tabela de dados 2, faça um gráfico representando a ordem dos mínimos m no eixo horizontal e a separação entre os mínimos y (em metros) no eixo vertical. Qual o significado físico dos coeficientes angular e linear deste gráfico? Difração fenda dupla I Minimo m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 25,5 Distancia (Y) mm 2,6 6,8 11,5 16 21 2,6 6,8 11,5 16 21 25,5 M=1 M=2 M=3 M=4 M=5 M=6 Distancia (Y) mm Gráfico 2 difração em fenda dupla 1 yx2 2y= 2λD/dm+ λD/d y=λDm/d + λD/2d y=ax+b b=0 Resposta: podemos observar pelo gráfico que forma uma reta linear relativa a uma função de primeiro grau 6 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. Resposta: Y=ax+b y=λD/d 7 – A partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla I. y=λD/y d=0,0007*200/4,2 d=33,33 μm Difração fenda dupla 2 Minimo Distancia (Y) mm m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 1,6 4,4 7 10 12,5 15,5 1,6 4,4 7 10 12,5 15,5 M=1 M=2 M=3 M=4 M=5 M=6 Distancia (Y) mm Gráfico 3 difração em fenda dupla 2 8 -Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. Resposta: y=ax + b y= λD/d 9 – A partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla I. Resposta: Y= λD/d d=0,0007*200/2,8 d=50 μm Difração fenda dupla 3 Minimo m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 Distancia (Y) mm 1,6 4 7 10 12,5 15,5 1,6 4 7 10 12,5 15,5 M=1 M=2 M=3 M=4 M=5 M=6 Distancia (Y) mm Gráfico 4 difração em fenda dupla 3 10 -Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. Resposta: y=ax + b y= λD/d 11 – A partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla I. Resposta: Y= λD/d d=0,0007*200/2,8 d=50 μm Conclusão: Efetuando os experimentos, fizemos as equações tanto para especificar o diâmetro do fio de cabelo, quanto a distância entre as fendas. Podemos observar também a diferença entre as franjas por difração e interferência. Referências: 1 - ROTEIRO DE ESTUDO DE AULA FÍSICA ÓPTICA/AVA/UNINTER 2 – MATERIAL DE ESTUDO AULA FISICA OPTICA/AVA/UNINTER