interferencia difraçao polarizaçao

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG
Centro de Ciências e Tecnologia – CCT
Unidade Acadêmica de Física – UAF 
Laboratório de óptica, eletricidade e magnetismo
INTERFERÊNCIA, DIFRAÇÃO E POLARIZAÇÃO DA LUZ
Aluno(a): Heloísa Maria de Oliveira		Matrícula: 117111239
Turma: 07		Professor: Marcos Gama		Nota:
Campina Grande
10/05/2018
Introdução
Difração é o nome genérico dado aos fenômenos associados a desvios da propagação da luz em relação ao previsto pela óptica geométrica. Isso surge pela natureza ondulatória da luz. O fenômeno da difração pode ser observado quando uma frente de onda de luz passa por um obstáculo. Observa-se que nesse caso a luz tende a encurvar-se em torno do obstáculo de forma a dispersar-se na sombra geométrica dessa barreira. Os efeitos de difração são apreciáveis quando os obstáculos ou aberturas são de dimensões comparáveis ao 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.
A polarização da luz mostra o seu caráter ondulatório. Alguns cristais têm a propriedade de polarizar a luz: só deixam passar a parte da onda que oscila num determinado plano. A luz que atravessa um filtro polarizador oscila num único plano.
	Se colocarmos um segundo filtro polarizador a seguir ao primeiro, e os planos de polarização dos dois filtros coincidirem, a luz atravessará os dois filtros, ficando polarizada nesse plano. Mas se os planos dos dois filtros forem perpendiculares, nenhuma parte da luz polarizada pelo primeiro filtro conseguirá passar através do segundo (não se conseguirá ver nenhuma imagem através dos filtros).
	A luz também é polarizada quando é refletida numa superfície. Se observamos a luz refletida numa superfície através de um filtro polarizador, o reflexo desaparecerá se o plano de polarização do filtro for perpendicular à superfície refletora. Os cristais líquidos podem mudar o seu eixo de polarização quando por eles circula corrente eléctrica. Esse é o princípio usado nos écrans de calculadoras e de telemóveis. 
A polarização da luz explica-se facilmente admitindo que a luz é uma onda transversal (oscila em planos perpendiculares à direção de propagação).
A interferência é processo que consiste na combinação das ondas na mesma região do espaço. É possível observarem-se fenómenos de interferência para as ondas, como por exemplo, a luz e o som, no entanto, é necessário que algumas condições sejam verificadas:
a) Fontes monocromáticas, ou seja, que possuam apenas uma única frequência;
b) Fontes de luz coerentes, ou seja, que as suas frequências sejam iguais. Ao combinar estas fontes é possível observar interferência construtiva em todos os instantes.
O Princípio de Huygens é uma construção geométrica onde todos os pontos do espaço onde chega uma determinada onda são como pontos que produzem novas ondas secundárias esféricas, que se propagam pelo meio, com uma velocidade característica desse meio. Após um determinado período, a nova posição da frente de onda é tangente às ondas originadas.
Materiais utilizados
Fonte de luz branca 12V – 21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
Base metálica 8x70x3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral 700mm;
Lente de vidro convergente biconvexa com 50mm, DF 50mm, em moldura plástica com fixação magnética;
Lente de convergente biconvexa com 50mm, DF 100mm, em moldura plástica com fixação magnética;
Diafragma de uma fenda;
Cavaleiros metálicos;
Rede de difração 500 fendas/mm em moldura plástica com fixação magnética;
Anteparo para projeção com fixador magnético;
Régua milimetrada – 150mm O + 150mm;
Lente de vidro plano-convexa com 60mm, DF 120mm, em moldura plástica com fixação magnética;
2 polaroides em moldura plástica com fixação magnética;
Disco giratório 23cm com escala angular e subdivisões de 1°;
Suporte para disco giratório;
Procedimentos experimentais
Determinação do comprimento de onda da luz
O equipamento foi montado conforme a ilustração abaixo. Em frente à fonte luminosa e a 4cm, foi colocada uma lente convergente de distância focal 5cm, 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 10cm para que a fenda projetada ficasse bem nítida. À 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 14cm da rede de difração. A distância do centro de cada cor até o centro da fenda projeta da foi aferida e os dados obtidos foram anotados em uma tabela.
Polarização da luz
A montagem do equipamento foi feita conforme a figura abaixo. Sobre a base metálica, em um mesmo cavaleiro metálico foi colocada uma lente convergente de distância focal 12cm e o diafragma com uma fenda. Ainda sobre a base metálica foi colocado o anteparo para projeção e a fonte de luz foi ligada. À 10cm de distância da lente foi colocado um polaroide fixo no cavaleiro e a 10cm 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 abaixo. Colocou-se na frente da fonte de luz um cavaleiro metálico com uma lente convergente de distância focal 12cm 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 0°, assim como o ângulo de refração. Fixou-se em um cavaleiro metálico um anteparo de projeção. Girou-se o disco ótico em 20°, observou-se o raio refletido. Colocou-se o polaroide na mesma direção do raio refletido e o anteparo de projeção a 10cm do polaroide. Em seguida, girou-se o polaroide a 90° e observou-se a projeção do feixe luminoso no anteparo. Repetiu-se o procedimento acima para os ângulos de 40°, 50° e 60°, procurando um ângulo no qual a luz fosse polarizada e não fosse mais projetada no anteparo.
Resultados e discussões
Determinação do comprimento de onda da luz
Calculou-se a constante de rede de difração que tem 500 linhas por milímetro:
O comprimento de onda λ da radiação de cada cor é dada por:
	Tabela 01 – Dados para o experimento a fim de determinar o comprimento de onda de cada cor.
	Cor
	a(m)
	X(m)
	λ (10-9m)
	Vermelho
	0,14
	0,047
	636,5
	Laranja
	0,14
	0,044
	600,0
	Amarelo
	0,14
	0,041
	562,1
	Verde
	0,14
	0,039
	536,7
	Azul
	0,14
	0,035
	485,1
	Violeta
	0,14
	0,033
	458,9
	
	A partir dos dados acima, conclui-se que a radiação que tem maior comprimento de onda é o vermelho, e a que tem maior frequência é a violeta, pois a frequência é inversamente proporcional ao comprimento de onda.
	Tabela 02 – Cores e comprimentos de onda.
	 Cor
	λ (10-9m)
	Vermelho
	620 – 760
	Laranja
	585 – 620
	Amarelo
	550 – 585
	Verde
	510 – 550
	Azul
	450 – 510
	Violeta
	380 – 450 
	Ao comparar os resultados obtidos experimentalmente na Tabela 01 com os valores teóricos da Tabela 02, os resultados esperados foram encontrados, exceto a cor violeta, que ultrapassou 8,9nm do esperado.
Polarização da luz
Observou-se a projeção luminosa no anteparo. Em seguida, ajustou-se o segundo polaroide num ângulo de 90° em relação à angulação do primeiro polaroide. Observou-se a projeção. 
Ao incidir luz no primeiro polaroide, sem o ajuste referente ao segundo, percebeu-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, em que o primeiro polaroide permite transpassar apenas uma determinada direçãode 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
Ao longo do experimento percebeu-se que, quando o polaroide é girado a 90°, a projeção do feixe luminoso com os ângulos refletidos de 20° e 40° diminuiu. Já ao girar o disco ótico para 50° e observar o raio refletido, semelhante ao que foi feito anteriormente, o feixe luminoso sumiu. A partir disso, podemos concluir que a luz foi polarizada quando o ângulo de incidência for igual ao 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:
Utilizando a subtração de arcos, temos:
Calculando, .
Logo: 
O valor do índice de refração do acrílico do experimento anterior foi de 1,59. Logo, o erro percentual é:
O erro do índice de refração do acrílico ultrapassou a tolerância de 5% significativamente. Isso ocorreu devido a um erro ao observar o feixe de luz no anteparo. Talvez, por estar muito fraco, foi considerando que o feixe de luz sumiu.
Conclusão
Diante do experimento e das análises realizadas no decorrer do relatório, foi possível observar de forma prática o fenômeno de polarização da luz por meio de uma rede difratora. 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 polaroides, fabricados para polarizar uma determinação direção de propagação da luz. Os resultados esperados foram obtidos quanto a utilização dos mesmos. E, através de relações matemáticas simples, encontrou-se um determinado valor para o índice de refração do acrílico, com aproximação cabível.
Referências bibliográficas
HALLYDAY, David. Fundamentos de física – óptica e física moderna. 8ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
Apostila de Laboratório de óptica, eletricidade e magnetismo. Física experimental II.