PRÁTICA 1 - INTERFERÔMETRO DE MICHELSON

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ – UFC
DEPARTAMENTO DE LICENCIATURA EM FÍSICA
CURSO SUPERIOR DE LICENCIATURA EM FÍSICA
DISCIPLINA DE PRINCÍPIOS DE FÍSICA MODERNA
PROF. JOSÉ ALVES DE LIMA JÚNIOR
DENILSON VITORIANO SILVA
PRÁTICA 1 INTERFERÔMETRO DE MICKELSON
AGOSTO/2014
 OBJETIVOS
Conhecer e manipular o interferômetro de Michelson;
Determinar o comprimento de onda da luz;
Medir o índice de refração do ar.
 MATERIAIS UTILIZADOS
Interferômetro de Michelson;
Base para laser;
Laser He-Ne;
Lente com suporte (f = 20 cm);
Célula de vidro;
Bomba de vácuo manual;
Anteparo.
 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
No final do século XIX, tudo levava a crer que, assim como as ondas mecânicas, as ondas eletromagnéticas necessitavam de um meio material para se propagarem. E esse meio material, elástico e invisível foi denominado de éter.
Para se comprovar a existência do éter, em 1887, em Cleveland (EUA), Albert Abraham Michelson (físico) e Edward Williams Morley (químico), construíram um aparelho denominado interferômetro. Este tinha a capacidade de registrar variações de até frações de quilômetros por segundo da velocidade da luz.
O interferômetro de Michelson-Morley era constituído de instrumentos ópticos montados sobre um suporte que flutuava em mercúrio, tudo isso para reduzir o máximo possível as vibrações que possivelmente afetariam as medições.
Figura 2. Círculos concêntricos observados no anteparo do laboratório da Prática 1.
Figura 1. Ilustração do interferômetro de Michelson-Morley.
	De acordo com o experimento, a propagação da luz nas direções normal e paralela à da “correnteza do éter” não alterava a sua velocidade, fato que invalidava a hipótese da existência do éter. A experiência foi repetida diversas vezes, em épocas e condições técnicas diferentes, chegando às mesmas conclusões. Dessa forma, Michelson e Morley, provaram não haver éter e propuseram que abandonassem qualquer ideia de sistema de referência universal.
 PROCEDIMENTOS
PROCEDIMENTO 1: Determinação do comprimento de onda do LASER.
1.1 Ajustamos do interferômetro: Para obter o maior número possível de franjas de interferência o interferômetro foi ajustado. Para fazer isso, a lente não foi usada inicialmente. A luz do LASER incidiu sobre o espelho semitransparente, onde se dividiu. Os dois feixes resultantes foram projetados no anteparo e formaram dois pontos luminosos. Por meio de dois parafusos de ajuste, fixamos em um dos espelhos, fizemos com que os pontos de luz coincidissem. Colocamos, então a lente no feixe de luz entre o LASER e o interferômetro e ajustamos para expandir os pontos de luz de modo que obtemos no anteparo uma formação de círculos concêntricos.
1.2 Medida do comprimento de onda da luz: Para medimos o comprimento de onda, o parafuso micrométrico foi girado para uma posição inicial qualquer. Anotamos esta posição inicial, xo, na Tabela 1.1. Giramos sempre no mesmo sentido, para evitarmos erro devido a folga do parafuso, contamos o número de repetições de interferências construtivas (ou destrutivas) observadas no centro da figura de interferência. Contamos pelo menos 100 repetições e anotamos a posição final, xf. A distância L (deslocamento do espelho) é igual a (x dividido por 10, devido à razão da alavanca (10:1). Lembremos também que a um deslocamento L do espelho, corresponde a um deslocamento 2L da imagem da fonte de luz produzida por este espelho, então:
 (para a variação de “x” na Eq. 1.1)
Repetimos este procedimento pelo menos mais duas vezes e determinamos o comprimento de onda da luz.
Tabela 1.1. Resultados experimentais.
	
	
Xo (mm)
	
Xf (mm)
	
(X (mm)
	
 (mm)
	
2L (mm)
	
m
	
( (nm)
	Medida 1
	6,12
	6,46
	0,34
	0,034
	0,068
	100
	680
	Medida 2
	6,46
	6,78
	0,32
	0,032
	0,064
	100
	640
	Medida 3
	6,78
	7,08
	0,30
	0,030
	0,060
	100
	600
Onde m é o número inteiro de comprimentos de onda contados.
PROCEDIMENTO 2: Determinação do índice de refração do ar.
2.1 Colocamos a célula de vidro no local apropriado do interferômetro.
2.2 Com a bomba de vácuo manual retiramos o ar lentamente da célula de vidro enquanto contávamos as repetições de interferência construtiva (ou destrutiva) que se sucederam. Anotamos na Tabela 1.2 as variações de pressão, (p, para cada deslocamento (da fonte de luz virtual) de um comprimento de onda. Repetimos o experimento pelo menos três vezes.
Tabela 1.2. Variação do padrão de interferência com a pressão.
	N (número de comprimentos de onda)
	
1
	
2
	
3
	
4
	
5
	
6
	
7
	(p (mbar)
	- 120
	- 280
	- 380
	- 480
	- 600
	- 720
	- 820
	(p (mbar)
	- 120
	- 220
	- 340
	- 450
	- 620
	- 760
	- 840
	(p (mbar)
	- 120
	- 200
	- 320
	- 440
	- 560
	- 700
	- 820
	(p médio (mbar)
	- 120
	- 233,3
	- 346,7
	- 456,7
	- 593,3
	- 726,7
	- 826,7
	Pressão (po+ (pm) (mbar)
	893,0
	779,7
	666,3
	556,3
	419,7
	286,3
	186,3
OBS: ∆p tem um valor negativo, pois representa a queda de pressão em relação à pressão atmosférica inicial (1013 mbar).
QUESTIONÁRIO
Qual o comprimento de onda da luz do Laser obtido experimentalmente (valor médio)?
. 
Com relação ao comprimento de onda obtido experimentalmente, qual o erro percentual em relação ao valor fornecido pelo fabricante?
Faça o gráfico da pressão versus N de acordo com os dados da Tabela 1.2.
Verificar anexo.
Determine a partir do gráfico da questão anterior o índice de refração do ar. A célula de vidro tem 1,0 cm de espessura e o comprimento de onda do LASER utilizado é 632,8 nm.
Determine de quantos milímetros deveríamos deslocar o espelho móvel para obtermos 100 repetições do padrão de interferência se for usado um LASER verde de comprimento de onda de 525 nm.
A partir do índice de refração do ar obtido experimentalmente nesta prática, determine a velocidade da luz no ar com 6 algarismos significativos
Considerando que o índice de refração do ar determinado nesta prática é válido para uma pressão de 1013 mbar, calcule com base nos resultados experimentais desta prática o índice de refração do ar para uma pressão de 506,5 mbar.
Obtenha da literatura o índice de refração do ar. Cite as condições de temperatura, pressão e comprimento de onda. Não deixe de citar a fonte!
O ar é um meio material e sua velocidade depende da frequência da luz. Quanto maior a frequência, maior o índice de refração. Em geral, quando a densidade de um meio aumenta, o seu índice de refração também aumenta. Como variações de temperatura e pressão alteram a densidade, concluímos que essas alterações também alteram o índice de refração. No caso dos sólidos, essa alteração é pequena, mas para os líquidos, as variações de temperatura são importantes, e no caso dos gases tanto as variações de temperatura como as de pressão devem ser consideradas. O índice de refração do ar é aproximadamente igual a 1. As fontes estão citadas em 1.7 Referências.
ANEXO
CONCLUSÕES
Através dessa prática podemos entender perfeitamente o funcionamento do interferômetro de Michelson. Conseguimos determinar, com margem de erro tolerável, o comprimento de onda da luz do laser.
Ajustando o interferômetro foi possível observarmos o fenômeno da interferência luminosa, com a formação de círculos concêntricos claros e escuros.
Acrescentando ao experimento uma de célula de vidro ligada a uma bomba de vácuo manual, medimos, com aproximação aceitável, o índice de refração do ar.
REFERÊNCIAS
Os fundamentos da física, volume 3: eletricidade, introdução à física moderna e análise dimensional / Francisco Ramalho Júnior, Nicolau Gilberto Ferraro, Paulo Antônio de Toledo Soares. – 9. ed. rev. e ampl. – São Paulo: Moderna, 2007.
Fundamentos de física, volume 4: óptica e física moderna / Halliday, resnick, Jearl Walker; tradução e revisão técnica Ronaldo
Sérgio de Biasi. – Rio de Janeiro: LTC, 2009.
Física moderna / Paul A. Tipler; tradução Yashiro Yamamoto – Rio de Janeiro: Editora Guanabara dois A.S., 1981.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Refração.
_1470166878.unknown
_1470212818.unknown
_1470213312.unknown
_1470212898.unknown
_1470169776.unknown
_1470170355.unknown
_1470169685.unknown
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_1470166209.unknown
_1077280877.unknown