INTERFERÊNCIA, DIFRAÇÃO E POLARIZAÇÃO DA LUZ

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Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia
Unidade Acadêmica de Física
Lab. Ótica Eletricidade e Magnetismo
 
INTERFERÊNCIA, DIFRAÇÃO E POLARIZAÇÃO DA LUZ
Aluno: Rebeca Thaiana Pimentel Matrícula: 114210157
Turma: 08 Professor: Pedro Luiz do Nascimento Nota: 
Campina Grande, 07 de março de 2016
 
OBJETIVO
Esse experimento tem como objetivo agregar conhecimentos que dizem respeito a polarização da luz determinando-a através de uma rede difratora e de polaróides, também de tratar a polarização da luz por reflexão. Ademais, calcular o comprimento de onda para cada faixa do espectro visível.
INTRODUÇÃO
No experimento descrito a seguir, tratamos dos fenômenos de interferência, difração e polarização da luz. Antes de apresentar os procedimentos e análises dos experimentos realizados, faremos uma breve introdução dos conteúdos a fim de trazer maior compreensão sobre o conteúdo em questão.
Polarização da Luz
As fontes luminosas geralmente emitem luzes formadas por ondas eletromagnéticas que vibram em várias direções, nessas há sempre um plano perpendicular para cada raio de onda luminosa. Essa onda é chamada de luz natural ou luz não polarizada. A polarização da luz ocorre quando a luz natural, que antes se propagava em todos os planos, passa a se propagar num único plano.
 
Os polarizadores funcionam como uma fenda permitindo que a luz passe somente em um plano. Se acontecer de dois polarizadores estarem alinhados na mesma direção, a luz passa pelo primeiro, mas no segundo não se vê nada, pois não haverá emergência de luz. O acontecimento da polarização da luz dá evidências claras de que ela é formada por ondas transversais. Dessa maneira, esse fenômeno só pode acontecer com esse tipo de onda, assim podemos concluir que com as ondas sonoras não acontece polarização, pois as mesmas são do tipo longitudinal.
Interfrência
Este fenômeno representa a superposição de duas ou mais ondas num mesmo ponto. Esta superposição pode ter um caráter de aniquilação, quando as fases não são as mesmas (interferência destrutiva) ou pode ter um caráter de reforço quando as fases combinam (interferência construtiva)
 Difração 
O fenômeno da difração está relacionado com as propriedades de ondas ao transportarem energia de um ponto ao outro do espaço. A onda então, ao contornar ou atravessar um obstáculo, toma diferentes caminhos (diferentes trajetórias), cujos comprimentos totais podem variar. Da variação dos comprimentos totais atravessados, diversas ondas oriundas da original (segundo oprincípio de Huygens, que diz que cada frente de onda se comporta como uma nova fonte pontual) acabam por se recombinar ao passar por um dado ponto do espaço.
O processo de difração provoca o espalhamento da luz, perpendicularmente à maior dimensão da fenda. Este processo produz uma figura de interferência formada por um máximo central largo, máximos secundários (ou laterais) menos intensos e mais estreitos, e mínimos. Ela também pode ocorrer toda vez que a luz passa por uma borda afilada.
MATERIAL UTILIZADO
2 polaroides em moldura plástica com fixação magnética;
5 cavaleiros metálicos;
Alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
Anteparo para projeção com fixador magnético;
Base metálica 8x70x3 cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700 mm;
Chave liga-desliga;
Diafragma com uma fenda;
Disco giratório 23 cm com escala angular e subdivisões de 1º;
Fonte de luz branca 12V – 21W;
Lente de vidro biconvexa 50 mm, DF 100 mm, em moldura plástica com fixação magnética;
Lente de vidro convergente biconvexa com 50 mm, DF 50 mm, em moldura com fixação magnética;
Lente de vidro convergente plano-convexa com 60 mm, DF 120 mm, em moldura plástica com fixação magnética;
Rede de difração 1000 fendas/mm, em moldura plástica com fixação magnética;
Régua milimetrada – 150 mm O + 150 mm;
Suporte para disco giratório.
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
EXPERIMENTO 1
DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE ONDA DA LUZ
Procedimentos Experimentais
O equipamento foi montado conforme a Fig 4-13 ilustrada no livro. Colocamos uma lente na frente da fonte luminosa e a 4 cm, uma lente convergente de distância focal f = 5cm, que foi utilizada para iluminar a fenda. Colocamos na frente da lente o diafragma com uma fenda. 
Então utilizamos uma lente convergente de distância focal f = 10 cm para projetar a fenda no anteparo. Para então ajustar a posição da lente para que a fenda projetada fique bem nítida. 
Colocamos a rede de difração na frente da lente e ajustamos para que o espectro fique bem nítido. Ajustamos a posição da rede de difração para que ficasse a 14 cm (a = 0,140 m) do anteparo de projeção. Medimos a distância do centro de cada cor até o centro da fenda projetada, além das distâncias X.
Resultados e Discussões
Para a radiação vermelha, temos: X = 4,6 cm e a = 14 cm.
Calculamos a constante da rede de difração que tem 1000 linhas por milímetro: D = 2000 nm (nanômetro 10-9 m) e o comprimento de onda de λ, através da equação 4.3
	
	Equação 4.3
Para radiação vermelha : λ = 624,3 nm e para as outras cores, preenchemos a tabela 7.7 
Tabela 7-7 Tabela de dados para o experimento de determinação do comprimento de onda da luz
	Cor
	a(cm)
	X (m)
	λ (10-9 m)
	Vermelho
	14
	0,046
	624,3
	Laranja
	14
	0,043
	587,2
	Amarelo
	14
	0,042
	574,7
	Verde
	14
	0,037
	511,0
	Azul
	14
	0,034
	471,9
	Violeta
	14
	0,029
	405,7
Conclusões
Concluímos que a radiação vermelha possui o maior comprimento de onda. Que a radiação violeta possui a maior frequência. 
Finalmente, comprovamos que de fato os resultados encontrados estavam dentro da faixa de comprimento de onda esperada para cada cor, indicada na Tabela de cores e comprimentos presente na apostila. 
EXPERIMENTO 2 
POLARIZAÇÃO DA LUZ
Procedimentos Experimentais
O equipamento foi montado conforme a Fig 4-14. Colocamos sobre a base metálica um cavaleiro metálico com lente convergente de distância focal 12 cm, o diafragma com uma fenda, um polaroide fixo (a 10 cm da lente) e, na extremidade, colocamos um anteparo para projeção. Em seguida, ligamos a fonte de luz e ajustamos a posição da lente para que a fenda projetada ficasse bem nítida. Observamos a projeção luminosa e em seguida colocamos sobre a base metálica o segundo polaroide (a 10 cm do primeiro).
Análises e Discussões
Percebemos que a projeção luminosa sobre o anteparo de projeção desapareceu.
Conclusões
Ao girar o segundo polaróide sobre o cavaleiro num ângulo de 90° em relação ao primeiro polaróide percebemos que sempre que há uma diferença de 90° entre os polaroides ocorre o fenômeno da polarização total e não é possível observar o feixe de luz.
EXPERIMENTO 3
POLARIZAÇÃO DA LUZ POR REFLEXÃO
Procedimentos Experimentais
O equipamento foi montado conforme a Fig 4-15. Colocamos sobre a base metálica um cavaleiro metálico com lente convergente de distância focal 12 cm e o diafragma com uma fenda. Em seguida, ligamos a fonte de luz e ajustamos o raio luminoso bem no centro do transferidor. 
O semicirculo foi posto e ajustado para que o ângulo de incidência e o ângulo de refração fosse zero graus. Fixamos em cavaleiros metálicos um polaróide e o anteparo de projeção. Giramos o disco ótico 20°, e colocamos na mesma direção do raio refletido o polaróide, projetando esse feixe no anteparo a 10cm do polaroide. 
Giramos o polaroide primeiramente 90° para observar a projeção do feixe luminoso e em seguida o colocamos na mesma direção. Então giramos para 40°, observamos o raio refletido, reposicionando o conjunto polaroide e anteparo de projeção. Então repetimos o primeiro giro, e, em seguida, esses mesmos procedimentos para os ângulos entre 50° e 60°, encontrando um ângulo de reflexão onde, ao girar o polaroide, a projeção desaparecesse.Análises e discussões
Ângulo de incidência que tem a luz polarizada: 
Ângulo entre o raio refletido e o raio refratado: α = 105°
A direção de polarização é horizontal, pois a movimentação do anteparo até que fosse formado o ângulo de Brewster foi horizontal.
Encontramos a tangente do ângulo e, em comparação com o índice de refração do acrìlico, calculado na aula anterior, e que vale 1,62
Considerando a tolerância de erro, é possível sim afirmar que a tangente do ângulo de Brewster é igual ao índice de refração do material.
Conclusão 
Após a realização do experimento foi possível observar que a polarização é feita primeiramente por meio do ângulo de Brewster e, analogamente ao experimento anterior, se colocarmos um outro polaróide ocorre a polarização total. 
CONCLUSÃO
Com a realização dos experimentos foi pudemos entender o fenômeno da polarização da luz, entendendo como ele ocorre e como se dá o efeito da polarização total. Semelhantemente, aprendemos como é feita a polarização por meio da reflexão, utilizando o ângulo de Brewster como ferramenta para nos auxiliar a compreender o experimento. 
Foi possível aprender como se dá a determinação do comprimento de onda da luz e verificar exeprimentalmente a veracidade dos valores teóricos. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
NASCIMENTO, Pedro Luiz do. Apostila auxiliar do Laboratório de Eletricidade e Magnetismo da Universidade Federal de Campina Grande, 2014.
BONJORNO, Regina Azenha Física Completa , Volume Único, 2001.
<http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/a-polarizacao-luz.htm > Acesso em: 08 de março de 2016
<http://sites.ifi.unicamp.br/laboptica/roteiros-do-laboratorio/3-difracao-de-fendas/< Acesso em: 08 de março de 2016
ANEXO
Os desenhos dos experimentos 2 e 3 foram grampeados por engano no relatório 1. Alguns dados sarão dados a seguir com informações que não tenho certeza se deixei anotadas nas figuras. 
Refração da Luz: Lente convergente 
f = 9.3cm 
Refração da Luz: Lente divergente 
f =5 cm