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1 DIFRAÇÃO E INTERFERENCIA EM FENDAS DUPLAS Nome completo do aluno Registro do aluno Centro Universitário Uninter Pap – Endereço do polo, 002, Centro II – CEP: 00000 - 000 – Cidade - SP - Brasil e-mail: emaildoaluno@email.com Resumo: Verificar o comportamento do fenômeno da difração e suas interferências usando um laser e fendas de diferentes aspectos; e também analisar os padrões dessas interferências em diversos tipos de fendas. Palavras chaves: (laser de luz, difração, interferência, fenda dupla) Introdução A análise dos aspectos das características da difração de ondas de luz é muito estudado ........................................................................ ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... .................................................................................em dupla fenda e quando dois topos de ondas se encontra geram uma intensidade de maior valor. Procedimento Experimental Acessar o simulador AlGETEC para realizar o experimento. Verifique o posicionamento do laser em relação ao anteparo. O emissor do laser deve ser vermelho e irá incidir no anteparo perpendicularmente a ele. Ajuste os valores do anteparo e da dupla fenda até posicionar o marcador em 600 mm e 400 mm respectivamente. Para posicione a lâmina de difração, clique em menu na opção dupla fenda, em seguida clique com o botão direito sobre a imagem das fendas e selecione a opção desejada de cada experimento. Clique em “franjas”, para visualizar a imagem do experimento. No lado direito inferior terá a opção de aumentar e diminuir a imagem. Identifique a posição central do máximo mais intenso, posição zero. Depois faça as medições dos pontos de mínimo. Figura 1. Simulador ALGETEC Figura 2. Dupla fenda e anteparo mailto:emaildoaluno@email.com 2 Figura 3. Franja Fio de cabelo Largura da Abertura Mínimo Distância (y) mm Fio de cabelo (60µm) m=1 1,2 m=2 3,4 m=3 3,6 m=4 5,6 m=5 6,0 m=6 8,0 Tabela de dados 1. Franja Fio de cabelo Figura 4. Franja Fenda Dupla I Figura 5. Franja Fenda Dupla II Figura 6. Franja Fenda Dupla III Largura da abertura Mínimo Distância (y) mm Fenda Dupla I m=1 3,0 m=2 6,5 m=3 7,5 m=4 11,5 m=5 12,5 m=6 16,5 Fenda Dupla II m=1 1,6 m=2 4,0 m=3 4,4 m=4 6,8 m=5 7,0 m=6 9,6 Fenda Dupla III m=1 1,6 m=2 4,0 m=3 4,4 m=4 6,8 m=5 7,0 m=6 9,8 Tabela de dados 2. Mínimo Fenda I, II, III Análises e Resultados Difração em fio de cabelo: 1 – Pela observação das figuras de difração e dos resultados da tabela de dados 1, como o espaçamento entre as franjas varia com a espessura do fio de cabelo? R.: Os valores variam proporcionalmente com a razão α/λ, ou seja, quanto menor a largura do fio de cabelo, maior o espaçamento entre as franjas. 2 – Com base na geometria, escreva uma expres- são para calcular o ângulo θ formado entre a direção do feixe central e a direção de cada mínimo. Estes ân- gulos são calculados considerando que a direção 3 do feixe em cada mínimo, a direção do feixe no máximo central (distancia D) e a distância dos mínimos no anteparo y formam um triangulo retângulo. R.: 𝑡𝑎𝑛𝜃 = 𝛾 𝐷 3 – Com base na óptica física, escreva uma expressão para calcular o ângulo formado entre a direção do feixe central e a direção de cada mínimo devido a difração. R.: 𝑠𝑒𝑛𝜃 = 𝑚 . 𝜆 𝛼 4 – Combine as expressões dos itens anteriores de forma a resultar uma equação para a distância entre os mínimos em função da ordem destas mínimos. Lembre-se que para θ pequeno medidos em radianos vale a aproximação sen θ = θ = tan θ. R.: tan 𝜃 = 𝑠𝑒𝑛 𝜃 𝛾 𝛼 = 𝑚 . 𝐷. 𝜆 𝛼 𝛾 = 𝑚 𝜆. 𝐷 𝛼 5 – Usando os resultados para o fio de cabelo na tabela de dados 1 faça o gráfico representando a ordem dos mínimos (m) no eixo horizontal e a separação entre os mínimos y (em metros) no eixo vertical. Qual o significado físico dos coeficientes deste gráfico? Gráfico 1. Difração fio de cabelo R.: 𝛾 = ( 𝐷𝜆 𝛼 ) . 𝑚 𝛼 = ( 𝐷𝜆 𝛼 ) 𝑥 = 𝑚 𝑦 = 𝛼𝑥 + 𝑏 𝑏 = 0 Observando o gráfico observa-se uma pequena tendência de crescimento linear em função do primeiro grau. 6 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. R.: 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 𝑦 = 𝐷𝜆 𝛼 7 – A partir deste resultado calcule a largura do fio de cabelo. 𝑦 = (𝑚2 − 𝑚1) 𝑦 = 𝐷 . 𝜆 𝛼 𝑎 = 𝐷 . 𝜆 𝑦 𝑎 = 200 . 0,0007 2,2 = 0,0636𝑚𝑚 = 63,6µ𝑚 8 – Compare este valor obtido experimentalmente com o nominal citado na tabela de dados 1. R.: O valor nominal foi de 60µm e o obtido experimentalmente é de 63,6µm. 4 Interferência em fenda dupla: 1 – Como padrão de interferência em fenda dupla se diferencia do padrão obtido para a fenda simples? R.: A diferença percebida e que o número de mínimos aumentou com a fenda dupla por conta das ondas duplas que se interferem de forma condutiva e destrutiva. 2 – Com base na geometria, escreva uma equação para calcular o ângulo formado entre a direção do feixe central e a direção de cada mínimo. Estes ângulos são calculados considerando que a direção do feixe em cada mínimo, a direção do feixe no máximo central (distância D) e a distância dos mínimos no anteparo formam um triângulo retângulo. R.: 𝑡𝑎𝑛𝜃 = 𝑦 𝐷 3 – Com base na óptica física, escreva uma expressão para calcular o ângulo formado entre a direção do feixe central e a direção de cada mínimo devido a interferência. R.: 𝑑𝑠𝑒𝑛𝜃 = (𝑚 + 1 2 ) 𝜆 4 – Combine as expressões dos itens anteriores de forma a resultar uma equação para distância entre os mínimos em função da ordem destes mínimos. Lembre-se que para ângulos θ pequenos vale a aproximação 𝑠𝑒𝑛𝜃 ≈𝜃≈𝑡𝑎𝑛𝜃. R.: 𝑡𝑎𝑛𝜃 ≈ 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑦 𝑑 = (𝑚 + 1 2 ) 𝜆 𝑦 = 𝐷𝜆𝑚 𝑑 + 𝐷𝜆 𝐷 5 – Usando os resultados para a fenda dupla I na tabela de dados 2, faça um gráfico representando a ordem dos mínimos m no eixo horizontal e a separação entre os mínimos y (em metros) no eixo vertical. Qual o significado físico dos coeficientes angular e linear deste gráfico? Gráfico 2. Difração fenda dupla I R.: 𝑦 ∗ 2 𝑦 = 𝜆𝐷𝑚 𝑑 + 𝜆𝐷 2𝑑 2𝑦 = ( 2𝜆𝐷 𝑑 ) 𝑚 + 𝜆𝐷 𝑑 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 𝑏 = 0 Observando o gráfico observa-se uma pequena tendência de crescimento linear em função do primeiro grau. 6 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. R.: 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 𝑦 = 𝜆𝐷 𝑑 7 – A partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla I. R.: 𝑦 = 𝜆𝐷 𝑑 𝑑 = 𝜆𝐷 𝑦 𝑑 = 0,0007 ∗ 200 3,5 𝑑 = 40,00µ𝑚 5 8 – Usando os resultados para a fenda dupla II na tabela de dados 2, faça um gráfico representando a ordem dos mínimos m no eixo horizontal e a separação entre os mínimos y (em metros) no eixo vertical. Qual o significado físicodos coeficientes angular e linear deste gráfico? Gráfico 3. Difração fenda dupla II 9 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. R.: 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 𝑦 = 𝜆𝐷 𝑑 10 – A partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla II. R.: 𝑦 = 𝜆𝐷 𝑑 𝑑 = 𝜆𝐷 𝑦 𝑑 = 0,0007 ∗ 200 2,4 𝑑 = 58,33µ𝑚 11 – Usando os resultados para a fenda dupla III na tabela de dados 2, faça um gráfico representando a ordem dos mínimos m no eixo horizontal e a separação entre os mínimos y (em metros) no eixo vertical. Qual o significado físico dos coeficientes angular e linear deste gráfico? Gráfico 4. Difração fenda dupla III 12 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. R.: 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 𝑦 = 𝜆𝐷 𝑑 13 – A partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla III. R.: 𝑦 = 𝜆𝐷 𝑑 𝑑 = 𝜆𝐷 𝑦 𝑑 = 0,0007 ∗ 200 2,4 𝑑 = 58,33µ𝑚 Conclusão A difração é a propriedade que as ondas têm de contornar ................................................................... ................................................................................... ................................................................................... ................................................................................... ................................................................................... ......distância do orifício é mais perceptível o fenômeno da difração. Referências ............................................................................. ................................................................................... ...................................................................................
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