Interferência, Difração e Polarização da Luz

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE 
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
FÍSICA EXPERIMENTAL II
ATIVIDADE COMPLEMENTAR
Interferência, Difração e Polarização da Luz
PROFESSOR: PEDRO LUIZ 
 BLYGIA LETICIA LIRA ALVES – TURMA 7
CAMPINA GRANDE - PB 26/10/2022
1. INTRODUÇÃO
A natureza ondulatória da luz pode ser estudada por meio de fenômenos de difração, interferência e polarização. A difração é um fenômeno que ocorre quando uma onda passa por uma abertura ou envolve um objeto cujo tamanho é da mesma ordem de grandeza que o comprimento da onda (ou seja, seus valores são aproximados, como 8 e 10). Como o deslocamento do caminho da onda causado pela difração depende diretamente do comprimento de onda, este fenômeno é usado para dividir em seus componentes, ondas vindas de fontes que produzem vários comprimentos de onda.
No fenômeno da interferência temos o resultado da superposição de duas ou mais ondas. A intensidade produzida geralmente é diferente da intensidade da onda de origem. Este efeito ocorre em todos os fenômenos ondulatórios e pode ser observado diretamente nas ondas geradas na superfície da água. Em geral, a experiência é feita com uma só fonte. A onda produzida por essa fonte é difratada por duas fendas,observando-se então o fenômeno de interferência. A interferência tem importantes aplicações na construção de dispositivos ópticos, como interferômetros usados para medir o comprimento de onda da radiação e também é responsável pelas cores das bolhas de sabão, películas de óleo ou outros tipos de filmes finos.
Para finalizar, também temos o fenômeno da polarização. A luz é uma onda transversal, isto é, os vetores elétricos e magnéticos estão num plano perpendicular à direção de propagação. Nas fontes comuns a luz origina-se a partir de átomos e moléculas que emitem independentemente, e não é polarizada. A orientação aleatória dos planos de vibração produz simetria em torno da direção de propagação. Existem vários dispositivos capazes de fornecer luz polarizada a partir de luz não polarizada.
Nos experimentos a seguir, determinaremos os comprimentos de onda da luz e observamos também a polarização da luz e a polarização da luz por reflexão.
2. MATERIAIS UTILIZADOS
· Fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento; base metálica 8 x 70 x 3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
· 	Lente de vidro convergente biconvexa com Ø = 50mm, DF = 50mm, em moldura plástica com fixação magnética; lente de vidro biconvexa Ø = 50mm, DF = 100mm, em moldura plástica com fixação magnética;
· Diafragma de uma fenda;
· Cinco cavaleiros metálicos;
· Uma rede de difração 500 fendas/mm em moldura plástica com fixação magnética; 6 - uma trena de 2m; anteparo para projeção com fixador magnético e régua milimetrada de ± 150mm.
· Um anteparo para projeção com fixador magnético;
· Dois polaroides em moldura plástica com fixação magnética.
· Uma lente de vidro convergente plano-convexa com Ø = 60mm, DF = 120mm, em moldura plástica com fixação magnética;
· Um disco giratório Ø = 23cm com escala angular e subdivisões de 1°;
· Um suporte para disco giratório;
3. PROCEDIMENTOS UTILIZADOS
LUZ
EXPERIMENTO 1 - DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE ONDA DA
O experimento foi montado conforme a figura 1. Em seguida, colocou-se na frente da
fonte luminosa a 4 cm, uma lente convergente de distância focal f= 5cm. Essa lente foi utilizada para iluminar a fenda. Utilizou-se uma lente convergente de distância focal f = 10 cm para projetar a fenda no anteparo. A posição da lente foi ajustada para que a fenda projetada ficasse bem nítida. A rede de difração foi colocada na frente da lente e ajustada para que o espectro ficasse bem nítido.
A posição da rede de difração também foi ajustada para que ficasse a 14 cm (a = 0,140m) do anteparo de projeção. Mediu-se a distância do centro de cada cor até o centro da fenda projetada e também as distâncias X e A. E calculou-se a constante da rede de difração que tem 500 linhas/mm e o comprimento de onda λ da radiação vermelha e também para outras cores. Todos os resultados coletados foram anotados na tabela 1.
figura 1 - Fonte: Azeheb - Laboratórios de Física
	Cor
	a (m)
	X (m)
	−9
λ (10	𝑚)
	Vermelho
	0,14
	0,047
	648,65
	Laranja
	0,14
	0,043
	599,65
	Amarelo
	0,14
	0,041
	587,21
	Verde
	0,14
	0,037
	511,03
	Azul
	0,14
	0,033
	458,86
	Violeta
	0,14
	0,031
	419,06
ANÁLISES
Foi possível observar que a radiação que tem o maior comprimento de onda é a vermelha e a radiação que tem maior frequência é a violeta, visto que a frequência é inversamente proporcional ao comprimento de onda. A radiação que sofre interferência construtiva mais afastada da raia central é a vermelha.
Comparando os resultados da Tabela 1 com a tabela acima, conclui-se que os resultados condizem para cada faixa do espectro visível da luz, exceto a luz amarela que obteve 2,21 nm a mais da faixa do espectro visível.
EXPERIMENTO 2 - POLARIZAÇÃO DA LUZ
O experimento foi montado conforme a figura 2. Em seguida, colocou-se sobre a base metálica um cavaleiro metálico com lente convergente de distância focal 12 cm e fixou-se no cavaleiro o diafragma com uma uma fenda. Colocou-se também um anteparo para projeção na extremidade da base metálica e ligou-se a fonte de luz e para completar um polaroide fixo no cavaleiro e a 10 cm da lente. A posição da lente foi ajustada para que a fenda projetada ficasse bem nítida. Foi observado a projeção luminosa e colocado sobre a base metálica o segundo polaróide e a 10 cm do primeiro polaróide.
figura 2 - Fonte: Azeheb - Laboratórios de Física
ANÁLISES
Foi possível determinar que a projeção luminosa sobre o anteparo de projeção não se altera. Ao ajustar o segundo polaróide sobre o cavaleiro num ângulo de 90° em relação ao primeiro polaróide a projeção luminosa desaparece. 
Isto acontece, devido a polarização da luz, uma vez que, o primeiro polaróide permite transpassar apenas uma determinada direção de propagação da luz e seu padrão de onde respectivo. Para transpassar o segundo polaróide, a direção de propagação restante do primeiro polaróide foi bloqueada pelo segundo.
EXPERIMENTO 3 - POLARIZAÇÃO DA LUZ POR REFLEXÃO
O experimento foi montado conforme a figura 3. Na frente da fonte de luz, colocou-se um cavaleiro metálico com uma lente convergente de distância focal 12 cm e o diafragma com uma fenda. Ligou-se a fonte de luz e ajustou-se o raio luminoso bem no centro do transferidor. O semicírculo foi colocado no disco óptico conforme a figura e ajustou-se no disco óptico de tal modo que o ângulo de incidência fosse igual a 0º, o ângulo de refração também 0º.
Fixou-se em um cavaleiro metálico um anteparo de projeção. Girou -se o disco óptico em 20º, observou-se o raio refletido. Colocou- se o polaroide na mesma direção do raio refletido e o anteparo de projeção a 10 cm do polaróide . Em seguida, girou-se o polaroide a 90º e observou -se a projeção do feixe luminoso no anteparo. Repetiu-se o procedimento acima para os ângulos de 40º, 50º e 60º procurando um ângulo no qual a luz fosse polarizada e não fosse mais projetada no anteparo.
figura 3 - Fonte: Azeheb - Laboratórios de Física
ANÁLISES
Foi possível determinar o ângulo de incidência que tem a luz polarizada θ = 55°e o
𝐵
ângulo entre o raio refletido e o raio refratado foi de 92°. A direção de polarização é ortogonal a 120°, neste caso, 30°.
Através da Lei de Snell-Descartes, pôde-se calcular a tangente do ângulo, tendo como resultado 1,43. Foi comparado com o índice de refração do acrílico encontrado no experimento anterior n = 1,50. Calculando o erro percentual, obtemos o resultado de 4,7%, que é menor do que a tolerância de erro 5%. Logo, a tangente do ângulo de Brewster é igual ao do índice de refração do acrílico.
CONCLUSÃO
A partir dos experimentos pôde-se observar as propriedades difratadas e polarizadoras da luz que ocorre quando a luz natural propaga-se em um único plano. De acordo comos experimentos, pôde-se comprovar que o ângulo de Brewster é igual ao índice de refração do acrílico.
Os polarizadores funcionam como uma fenda, assim, permitindo que a luz passe somente em um plano. Caso, acontecesse de dois polarizadores estarem alinhados na mesma direção, a luz passa pelo primeiro, contudo, no segundo não se vê nada, uma vez que não haverá emergência de luz.
Desse modo, é possível determinar que nas ondas sonoras não acontece a polarização, visto que elas são do tipo longitudinal.
4. ANEXOS
1. 	A natureza da luz sempre foi um dos temas que sempre chamaram a atenção dos grandes cientistas da humanidade. Desde a Antiguidade (300 a.C.) com Euclides até Einstein e Planck, no séc. XX. Hoje em dia, duas teorias que explicam a natureza da luz são aceitas: a teoria corpuscular e a teoria ondulatória. Comente este conceito do comportamento da Luz, dualidade onda-partícula.
Resp.: A teoria ondulatória é quando a luz é tratada como sendo campos eletromagnéticos oscilantes que estão se propagando no espaço. A refração, reflexão e difração da luz são explicadas pela teoria ondulatória.
Já a teoria corpuscular é quando a luz é tratada como sendo pacotes de energia, os fótons. O efeito Comp ton e o desvio do raio luminoso ao passar por corpos celestes, são explicados pela teoria corpuscular.
2. O que é Difração da Luz? Comente dando exemplo.
Resp.: O fenômeno da difração da luz pode ser observado quando uma frente de onda de luz passa por um obstáculo. Ex.: a luz que escoa pelo tecido de um guarda chuva.
3. O que é Polarização da Luz? Comente dando exemplo.
Resp.: A polarização da luz pode ser exemplificada quando na natureza possuem substâncias que ao atravessarem os feixes de luz deixam passar apenas uma parte da onda luminosa.
4. Explique como procedemos experimentalmente, para determinar o comprimento de uma onda da Luz (onda eletromagnética).
Resp.:
5. Explique o que é Polarização por reflexão. Comente a relação desse conceito com a aplicação de fibra óptica.
Resp.: A polarização por reflexão é baseada na Lei de Brewster, que afirma que a polarização da luz por reflexão na superfície de um corpo transparente apenas poderá ser total se o raio refletido for perpendicular ao raio refratado. Assim, à medida que a luz reflete na superfície de corpos transparentes, ela se polariza.