Difração e interferência

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO – CAMPUS LINHARES
LORENA MILLER DAMBRÓZ
SÉRGIO AUGUSTO RICATO MUSSO
ROBERTO MAI CARLESSO
VITOR MOLINI FAVARO
DIFRAÇÃO E INTERFERÊNCIA DE ONDA
LINHARES/ES
2019
LORENA MILLER DAMBRÓZ
SÉRGIO AUGUSTO RICATO MUSSO
ROBERTO MAI CARLESSO
VITOR MOLINI FAVARO
DIFRAÇÃO E INTERFERÊNCIA DE ONDA
Relatório apresentado ao Professor Ricardo Lopes para obtenção de nota parcial na disciplina de Introdução a Física Moderna.
LINHARES/ES
2019
introdução
Ondas eletromagnéticas são aquelas que originam da liberação das fontes de energia elétrica e magnética ao mesmo tempo. Quando a velocidade atingida se aproxima da velocidade da luz, a energia libertada se mostra no aspecto de onda. Existem 7 tipos de ondas eletromagnéticas sendo elas: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios x e raios gama. O que diferencia uma onda de outra é a frequência, a oscilação que a onda é emitida e também o comprimento.
Quando falamos de ondas eletromagnéticas alguns fenômenos ocorrem como a difração e a interferência. O acontecimento conhecido como difração é o encurvamento sofrido pelos raios de onda quando a mesma se depara com obstáculos que restringem sua propagação, como mostrado na figura 1.
Figura 1 - Difração de ondas.
Este evento nos mostra que a generalização que os raios de onda são somente retilíneos é incorreta, visto que os raios que atingem a barreira refletem, ao tempo que os raios que atingem a fenda passam por ela, porém nem todas continuam retilíneas.
No momento em que duas ondas se superpõem-se em um mesmo espaço, ocorre a interferência que acarreta em uma outra onda podendo ser maior ou menor que a inicial. Para entender a interferência deve-se conhecer dois conceitos, sendo amplitude que é simbolizada pela letra A e mostra a altura da onda, e o comprimento de onda caracterizada pela letra λ (lambida) que corresponde à distância entre dois pontos iguais e sucessivos de um pulso de onda. 
Como ocorre a variação na frequência quando as ondas se chocam pode haver duas interferências conhecidas como, construtivas que acontece quando duas ondas se sobrepõem com a mesma fase e uma reforça a outra, ou seja sua amplitude será maior, como visto na figura 2.
Figura 2 - Interferência construtiva.
E há também a interferência destrutiva que acontece quando duas ondas se superpõem e possuem fases diferentes, fazendo com que uma anule a outra, como mostra a figura 3.
Figura 3 - Interferência destrutiva.
Procedimento experimental
O primeiro passo do experimento é, pelo computador, acessar o site https://phet.Colorado.edu/edu/pt_BR/simulations/category/physics e baixar o simulador acessando o aplicativo “Interferência de onda” (Fig. 4), apertando o Play para iniciar o programa.
Figura 4 - Aplicativo.
Após selecionar a opção “Ondas” e clicar no LASER (Fig. 5), pode-se perceber no canto superior direito da tela alguns dispositivos como fita métrica, cronômetro e medidor de campo elétrico, respectivamente mostrados na Fig. 6. Também há uma caixa (Fig. 7) onde se pode alterar a frequência da onda eletromagnética e a intensidade (amplitude) da onda.
 
Figura 5 - Ilustração opção "ondas" e LASER.
Figura 6 - Fita métrica, cronômetro e medidor do campo elétrico.
Figura 7 - Caixa de frequência e amplitude da onda.
Nesse momento foi acionado o comprimento de onda na cor verde com amplitude na metade da amplitude máxima permitida pelo programa e posicionado o medidor de campo elétrico com um dos sensores próximo à fonte e o outro afastado (Fig. 8). Em seguida é alterada a amplitude da onda, e após é alterada a frequência da onda. Em todas alterações eram registradas as observações.
Figura 8 - Medidor de campo elétrico com um dos sensores próximo à fonte e o outro afastado.
Para simulação de duas fontes pontuais de luz monocromática, é necessário selecionar a opção “Interferência de ondas” na parte inferior da tela (Fig. 9), selecionando também o LASER, como feito anteriormente. Ao colocar o comprimento de onda correspondente à luz amarela em apenas um dos emissores de luz, com a simulação pausada, foi possível medir o comprimento de onda e suas respectivas incertezas com a fita métrica.
Figura 9 - Opção "interferência de ondas".
Na barra de opções à direita da tela foi escolhida a “separação” entre as duas fontes de luz, 2000 nm, e foi posicionado um anteparo clicando no ícone “tela” (Fig. 10). Acionando as duas fontes de luz e verificando o padrão de interferência formado no anteparo, foi determinado as distâncias verticais do centro da franja central até a primeira franja clara (Yclara) com suas respectivas incertezas, utilizando a fita métrica. Ainda com o mesmo instrumento de medição, foi aferido a distância entre as fontes e o anteparo.
Foram repetidos os mesmos procedimentos referentes à interferência para os comprimentos de ondas correspondentes as luzes azul clara e vermelho.
Figura 10 - Ícone "tela".
resultados e discussões
Na parte 1 (um) do experimento, observou-se inicialmente que, posicionando o sensor 1 (cinza claro) próximo à fonte e o sensor 2 (cinza escuro) afastado da fonte, a frequência da onda não se altera entretanto, a amplitude diminui à medida em que a onda se propaga (Figura 11).
Figura 11 - Amplitude e propagação da onda.
Modificando a amplitude da onda, verificamos que a intensidade dos campos elétricos medidos nos sensores 1 e 2 tendem a se igualarem e permanecem em fase enquanto a frequência se mantém à medida em que reduzimos a amplitude. Aumentando a amplitude, a intensidade dos campos voltam a se distanciarem, mas a frequência se mantém (Figura 12). 
Figura 12 - Intensidade do campo elétrico.
Modificando a frequência da onda verificamos que ocorre defasagem de fase entre as leituras de campo elétrico registrados nos sensores 1 e 2. Em relação à frequência, verificamos que ocorre variações nos comprimentos de onda.
Figura 13 - Comprimento de onda em relação a frequência.
Os valores referentes a 2ª parte do experimento foram anotados na tabela 1.
Tabela 1 – Distâncias e comprimento de onda.
	Cor da luz emitida
	
	
	
	Amarelo
	(571,5 ± 0,5) nm
	(1522,4 – 1501,9)
1512,15 ± 10,25
	(627,20 ± 25,00) nm
	Azul claro
	(489,8 ± 0,5) nm
	(1297,6 – 1256,7)
1277,15 ± 20,45
	(529,73 ± 49,51) nm
	Vermelho
	(663,8 ± 0,5) nm
	(1716,5 – 1634,8)
1675,65 ± 40,85
	(695,02 ± 98,55) nm
A distância entre as fontes é d = 2000nm. A distância entre as fontes e a tela é D = 4832,3 ± 0,5×10-9 nm. 
Para encontrar os valores de y tomamos as medidas de e e em seguida calculamos a média:
Para o cálculo da incerteza ∆y:
Valor de y para a luz amarelo:
Valor de y para a luz azul claro:
Valor de y para a luz vermelha:
Para calcularmos o comprimento de onda em um experimento dupla fenda de Young aplicamos a seguinte equação: 
Portanto:
Comprimento de onda para cor amarelo:
Comprimento de onda para cor azul claro:
Comprimento de onda para cor vermelho:
Baseado nas observações do sensor que indicava a variação do campo elétrico no tempo, pode-se perceber que quando era aumentada a frequência, o comprimento de onda era diminuído. Quando a amplitude era aumentada, o campo elétrico aumentava e sendo este proporcional a energia de uma onda eletromagnética, logo a energia também aumentava. 
Conclusões
Com esse experimento pode-se relacionar as propriedades de ondas eletromagnéticas, em que a frequência não varia com a distância que se está da fonte de luz, mas varia com a mudança da cor da luz, que no caso está variando o comprimento de onda. Além disso pode-se observar a interferência construtiva e destrutiva na interferência de duas fontes de luz de mesma cor, a diminuição da amplitude da onda com o afastamento da fonte de luz, e que quanto maior a amplitude maior a energia da onda. 
Referências bibligráficas[1] HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER Jearl. Fundamentos de Física, vol.4: óptica e física moderna. 9ª edição. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012.
[2] DIFRAÇÃO DE ONDAS. Só física, ondulatória. Disponível em: < https://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/difracao.php> Acesso em 15 de maio de 2019.