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Experimento 5 Interferômetro de Michelson DANILO BRITO JOÃO MARCELO Universidade Federal da Bahia Instituto de Física FIS124 - Física Geral e Experimental IV 1. OBJETIVO - Medir o comprimento de onda de um laser de He-Ne; - Medir o índice de refração de um vidro; - Medir o Índice de refração do ar. 2 O interferômetro é um dispositivo que usa franjas de interferência para se fazerem medições exatas de distâncias. Usa a interferência para medir comprimentos muito pequenos, como os comprimentos de onda da luz, ou para medir diferenças pequenas de refração de dois meios, como por exemplo, do ar e do vácuo. 2. O INTERFERÔMETRO 3 Aparato necessário: - Interferômetro de Michelson; - Laser, He-Ne com chave seletora de potência: 0,3 - 0,9 mW; - Placa de vidro (espessura t = 4 mm); - Cubeta de vidro para vácuo (comprimento s = 41 mm); - Bomba de vácuo manual com manômetro. 3. PARTE EXPERIMENTAL 4 3. PARTE EXPERIMENTAL 5 Após ajustes iniciais foi possível observar anéis de interferência na tela. 3. PARTE EXPERIMENTAL – AJUSTES INICIAIS 6 Ajustou-se o micrômetro de modo que no centro da tela fosse observada uma franja escura (mínimo de interferência). A posição medida foi: Girando o micrômetro no sentindo horário até atingir 50 mínimos formados (N=50), obtivemos a posição d’: 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDA DO COMPRIMENTO DE ONDA DO LASER 7 Com os valores de d e d0 obtidos, é possível calcular o comprimento de onda do laser através da equação 5.24: Assim, temos: 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDA DO COMPRIMENTO DE ONDA DO LASER 8 Com a mesma montagem padrão, foi inserida a placa de vidro no interferômetro. Posicionou-se a placa o mais próximo de 0 °, de modo a formar um mínimo no centro do padrão. O ângulo obtido foi: 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDAS DE ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO VIDRO 9 Deslocamos a placa de vidro até que fossem formados no centro do padrão 50 mínimos (N=50) e 100 mínimos (N=100). Os ângulos obtidos foram: 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDAS DE ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO VIDRO 10 O índice de refração é dado por: Onde t = 4 mm, φ = φm -φ0 , e λ = 663 nm. Assim, temos: 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDAS DE ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO VIDRO 11 Com a célula de vácuo inserida no interferômetro diminuímos a pressão na célula com o auxilio da bomba de vácuo. Esse procedimento foi realizado contando o número de mínimos (N) que desaparecem no centro do padrão e a sua respectiva pressão associada (p) até que a pressão na célula atingisse o seu valor mínimo. 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDAS DE ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO AR 12 Obtidos os valores dos números de mínimos e suas pressões associadas, é possível observar o comportamento N x p, conforme Gráfico 01. 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDAS DE ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO AR 13 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDAS DE ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO AR 14 O índice de refração do ar é dado por: 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDAS DE ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO AR 15 Assim, temos: 3. PARTE EXPERIMENTAL MEDIDAS DE ÍNDICE DE REFRAÇÃO DO AR Tabela 01: Índices de refração obtidos a partir de N e p. M N p' (bar) p (bar) n(p) 1 6 -0,150 0,854 1,0002243 2 12 -0,300 0,704 1,0001849 3 16 -0,450 0,554 1,0001455 4 20 -0,550 0,454 1,0001192 5 22 -0,650 0,354 1,0000930 6 24 -0,710 0,294 1,0000772 7 26 -0,770 0,234 1,0000615 8 28 -0,800 0,204 1,0000536 9 30 -0,850 0,154 1,0000404 10 31 -0,870 0,134 1,0000352 11 32 -0,900 0,104 1,0000273 12 32 -0,910 0,094 1,0000247 13 33 -0,920 0,084 1,0000221 16 O comprimento de onda do laser obtido experimentalmente, λexp = 576,88 ± 10 [nm], está coerente com a previsão teórica, λteo = 633,00 nm. A discrepância entre os valores é de aproximadamente 8,9%. Os índices de refração do vidro obtidos experimentalmente, n50 = 1,5791 e n100 = 1,5882, apresentam valores coerentes com a previsão teórica, já que o índice de refração de um vidro pode variar entre 1,4 a 1,9. Os valores obtidos experimentalmente para o índice de refração do ar e vácuo apresentaram comportamento esperado. Considerando o índice de refração do ar igual a 1,0003 (aprox. 20°C), obtivemos discrepância de 0,008%. E considerando o índice de refração do vácuo igual a 1,0000, obtivemos discrepância de 0,0002%. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS 17 - Roteiro do Laboratório de Física Geral e Experimental IV, UFBA, 2016.1 (disponível em http://www.fis.ufba.br/sites/fis.ufba.br/files/roteiros.pdf) - Tipler, Paul A. Física, volume 4. Editora Guanabara Koogan S.A.. Rio de Janeiro, RJ, 1995. - Refração – Wikipédia (disponível em https://pt.wikipedia.org/wiki/Refra%C3%A7%C3%A3o) 5. REFERÊNCIAS 18
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