Relatório 3 - Interferência, Difração e Polarização da Luz

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Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia – CCT
Unidade Acadêmica de Física – UAF
Laboratório de Óptica, Eletricidade e Magnetismo
INTERFERÊNCIA, DIFRAÇÃO E POLARIZAÇÃO DA LUZ
Aluno: Ítalo Barros Meira Ramos			Matrícula: 113111294
Turma: 05			Professor: Douglas Vitoreti		Nota:
06/06/2014
Campina Grande - PB
1. OBJETIVOS
Objetivo Geral
Ao concluirmos este experimento, deveremos ser capazes de:
Conceituar a Polarização da Luz;
Determinar a polarização da luz através de uma rede difratora;
Determinar a polarização da luz através através de equipamentos denominados polaroides ou polarímetros;
Calcular o comprimento de onda para cada faixa do espectro visível da luz;
Conceituar Polarização da Luz por Reflexão.
2. MATERIAL NECESSÁRIO
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.
3. INTRODUÇÃO TEÓRICA
 A Difração é um fenômeno que ocorre com as ondas quando elas passam por um orifício ou contornam um objeto cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza (ou seja, os seus valores são aproximados, tais como o 8 e o 10) que o seu comprimento de onda.
 Como este desvio na trajetória 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.
 Para a luz visível, usa-se uma rede de difração, formada por uma superfície refletiva ou transparente em que se marcam vários sulcos, bem próximos uns dos outros (décimos ou centésimos de milímetro, pois o comprimento de onda da luz é da ordem de 5.10−7m - o metro dividido em 10 milhões de partes). Exemplos destas redes e suas propriedades: quando se olha um tecido de trama fina contra uma lâmpada distante, quando olhamos o reflexo num CD ou quando olhamos a Lua através de uma nuvem, vemos faixas ou halos coloridos, devido à difração da luz por pequenos obstáculos (a trama, os sulcos do CD ou as gotículas de água na nuvem). A difração acontece facilmente nas ondas sonoras, pois são ondas com comprimento de onda grande (variam de 2 cm a 20m). Conseguimos ouvir alguém falar mesmo que não possamos ver a pessoa, pois as ondas sonoras contornam as superfícies.
Toda luz que se reflete em uma superfície plana é ao menos parcialmente polarizada. Você pode pegar o filtro polarizador e segurá-lo em um ângulo de 90 graus em relação à reflexão, e essa será reduzida ou eliminada. Filtros polarizadores removem luz polarizada a 90 graus do filtro. É por isso que você pode pegar dois polarizadores e posicioná-los um a um ângulo de 90 graus do outro e nenhuma luz atravessará.
A luz pode ser espessa ou ate institucionada com a tela polarizada pode ser observada ao seu redor se você sabe o que ela é e o que procurar. (as lentes de óculos de sol Polaroid funcionarão para demonstrar). Enquanto estiver olhando através do filtro, gire-o, e se houver presença de luz polarizada linear ou elíptica o grau de iluminação mudará. 
Polarização por espalhamento é observada quando a luz passa através da atmosfera. A luz dispersa frequentemente produz brilho nos céus. Fotógrafos sabem que esta polarização parcial da luz dispersa produz um céu 'washed-out'. Um fenômeno fácil para primeira observação é olhar, ao pôr do sol, para o horizonte a um ângulo de 90 graus do pôr do sol. 
Outro efeito facilmente observado é a drástica redução de brilho de imagens do céu e nuvens refletidas em superfícies horizontais, que é a razão pela qual frequentemente se usa lentes polaroide em óculos de sol. Também frequentemente visível através de óculos de sol polarizantes são padrões em forma de arco-íris gerados por efeitos birrefringentes dependentes da cor, como por exemplo, em vidros enrijecidos (vidros de carros) ou objetos compostos por plástico transparente. A função da polarização em monitores de cristal líquido (LCDs) é constantemente observada através de óculos de sol, o que causa uma redução no contraste ou até mesmo torna o conteúdo mostrado ilegível através dos mesmos.
4. METODOLOGIA
determinação do comprimento de onda da luz
	Montou-se o equipamento conforme a ilustração 4-13 da apostila. Em frente à fonte luminosa e a 4 cm, foi colocada uma lente convergente de distância focal 5 cm, lente essa utilizada para iluminar a fenda. Na frente da lente foi colocado o diafragma com uma fenda, e mais a frente uma lente convergente de distância focal 10 cm para que a fenda projetada ficasse bem nítida. Na frente da lente foi colocada uma rede de difração, que foi ajustada para que o espectro também ficasse bem nítido. O anteparo foi colocado a 14 cm da rede de difração. A distância do centro de cada cor até o centro da fenda projetada foi aferida e os dados obtidos foram anotados em uma tabela.
polarização da luz
	A montagem do equipamento foi feita conforme a figura 4-14 da apostila. Sobre a base metálica, em um mesmo cavaleiro metálico foi colocada uma lente convergente de distância focal 12 cm e o diafragma com uma fenda. Ainda sobre a base metálica foi colocado o anteparo para projeção e a fonte de luz foi ligada. A 10 cm de distância da lente foi colocado um polaroide fixo no cavaleiro e a 10 cm do primeiro polaroide foi colocado o outro polaroide, sempre ajustando a lente para que a imagem ficasse bem nítida.
POLARIZAÇÃO DA LUZ POR REFLEXÃO
	O equipamento foi montado de acordo com a figura 4-15 da apostila. colocou-se na frente da fonte de luz um cavaleiro metálico com uma lente convergente de distância focal 12 cm e também um diafragma de uma fenda. Ligou-se a fonte de luz e ajustou-se o raio luminoso no centro do transferidor. Colocou-se o semicírculo de acrílico no disco ótico conforme a figura, e ajustou-se o mesmo de tal modo que o ângulo de incidência fosse igual a 0º, assim como o ângulo de refração. Fixou-se em um cavaleiro metálico um anteparo de projeção. Girou-se o disco ótico 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 polaroide. 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.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE ONDA DA LUZ
	Calculou-se a constante de rede de difração que tem 1000 linhas por milímetro:
D = 1/(1000/10-3 m) D = 1000 x 103 D = 10-3/500 D = 0,000001 m
D = 10-6 D = 0,001 x 10-9 m D = 0,001 nm
	O comprimento de onda λ de cada tipo de radiação observada é calculado através de:
	Cor
	a (m)
	X (m)
	λ (nm)
	Vermelho
	0,140
	0,0115
	634,7
	Laranja
	0,140
	0,0106
	603,6
	Amarelo
	0,140
	0,0102
	588,9
	Verde
	0,140
	0,0087
	527,8
	Azul
	0,140
	0,0073
	462,3
	Violeta
	0,140
	0,0070
	447,2
Tabela 1 - Relaciona os valores de a e X a fim de determinar o comprimento de onda de cada radiação observada.
	Percebe-se que a radiação que tem maior comprimento de onda é o vermelho, e a que tem maior frequência é o violeta,já que a frequência é inversamente proporcional ao comprimento de onda e ao período.
	Comparando os resultados obtidos na Tabela I para λ e a tabela acima, percebe-se que os resultados foram condizentes para cada faixa do espectro visível da luz, exceto a luz amarela que obteve 3,9 nm a mais da faixa do espectro visível.
POLARIZAÇÃO DA LUZ
	Observou-se a projeção luminosa no anteparo de projeção. Em seguida, ajustou-se o segundo polaroide num ângulo de 90º em relação à angulação do primeiro polaroide. Observou-se a projeção.
	Ao incidir luz no primeiro polaroide, sem o ajuste referente ao segundo polaroide, percebe-se que a projeção no anteparo não se alterou. Após ajustar o segundo polaroide, percebeu-se que o feixe luminoso no anteparo desapareceu. Isso ocorreu devido ao efeito de polarização da luz, no qual o primeiro polaroide permite transpassar apenas uma determinada direção de propagação da luz e seu padrão de onda respectivo. Já ao transpassar pelo segundo polaroide, a direção de propagação restante do primeiro polaroide foi bloqueada pelo segundo, fazendo com que a projeção luminosa no anteparo desaparecesse.
POLARIZAÇÃO DA LUZ POR REFLEXÃO
	Durante os procedimentos experimentais, percebeu-se que a partir de um ângulo de 50º, a o feixe luminoso começa a demonstrar-se de pouco intensidade quando do ajuste do polaroide para o mesmo. Com o decorrer do experimento, percebeu-se que ângulo de incidência que tem a luz polarizada é um ângulo próximo a 53º, denominado ângulo de Brewster. 
	Também foi medido o ângulo entre o raio refletido e o raio refratado, resultando em 90º. 
	A direção de polarização é horizontal, já que para determinação do ângulo de Brewster, movimentou-se horizontalmente o anteparo. 
	É possível encontrar a tangente do ângulo de Brewster através da lei de Snell-Descartes:
Assim,
Aplicando a seguinte identidade trigonométrica:
Tem-se, 
Calculando,
tg ΘB = tg53,5 = 1,351
O valor do índice de refração encontrado para o acrílico em experimento passado foi de . Calculando o erro percentual:
E% = |Vteórico – Vexperimental|/Vteórivo x 100 = 
|– 1,351|/1,68 x 100 = 19,58%
Porém, apesar do pequeno erro, podemos considerar que a tangente do ângulo de Brewster é igual ao índice de refração do material, já que o valor de n1 o valor do índice de refração do ar, o qual assume valor unitário.
6. CONCLUSÃO
	Foi possível observar de forma prática o fenômeno de polarização da luz por meio de uma rede difratora. Esse fenômeno costuma ser observado diariamente, porém por outros meios, como a chuva ou um CD. Também foi possível calcular o comprimento de onda para cada faixa do espectro visível da luz, obtendo resultados satisfatórios. Foi observado o mesmo fenômeno através de equipamentos denominados polaroides ou polarímetros, fabricados para polarizar uma determinação direção de propagação da luz. Os resultados esperados foram obtidos quando da utilização dos mesmos. E, através de leis matemáticas simples, encontrou-se um determinado valor para o índice de refração do acrílico, com boa aproximação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
HALLIDAY, David, 1916 – 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.
SAMPAIO, José Luiz, Física: volume único / José Luiz Sampaio, Caio Sérgio Calçada. – 2. ed. – São Paulo: Atual, 2005.
Apostila de Física Experimental II.