Física 4 - Experimento 3 - Polarização da Luz

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Experimento 3 - Polarização da Luz
Aluno - Yuri Falcão
Departamento de Física, Universidade Federal Rural de Pernambuco
Realização: 25/05/2018 - Entrega: 28/06/2018
Resumo—O experimento consiste no estudo e compreensão
experimental da Lei de Malus. Os professores e alunos montaram
uma bancada com equipamentos como laser, lentes de polarização
e detector de luminosidade para coletar dados de intensidade, de
acordo com o ângulo variado. Por fim construindo um gráfico
para validar a lei de acordo com os valores encontrados.
I. OBJETIVO
Analisar a polarização da luz emitida pelo laser e verificar
experimentalmente a validade da Lei de Malus.
II. DESCRIÇÃO TEÓRICA
Como demonstrado teóricamente por James Clerk Maxwell
e confirmadas experimentalmente por Heinrich Hertz, a
luz é uma onda eletromagnética. Faraday mostrou que um
campo magnético variável no tempo gera um campo elétrico.
Maxwell mostrou que um campo elétrico variável com
o tempo gera um campo magnético, e com isso há uma
sustentação entre os campos eléctrico e magnético. Em seu
trabalho, Maxwell demonstrou que essa onda se propagava
a partir da variação no espaço de no tempo dos campos,
elétrico e magnético, um perpendicular ao outro e que se
movia a uma velocidade que seria muito parecida com a
velocidade que havia sido obtida experimentalmente para
a luz, daí a inferência de que a luz é uma onda eletromagnética.
A luz gerada por uma lâmpada convencional é emitida
com diversas polarizações sobrepostas, chamadas ondas não-
polarizadas, por serem provenientes de diversos irradiadores
independentes. É possível obter ondas polarizadas a partir de
materiais específicos formados por cadeias moleculares que
são boa condutoras de eletricidade e absorvem a energia dos
campos que passam paralelos a ela e transmitem as que são
perpendiculares, estes materiais são chamados de polaróides,
a luz perde sua intensidade ao passar por ele. Então, se essa
onda polarizada passar por outro polaróide, porém angulado
em relação ao primeiro, como na figura (Figura 1.) a seguir:
Figura 1. Laser incidente em dois polaróides, um parado e
um rotacionado com um ângulo θ.
Primeiramente devemos imaginar que a onda pode ser
decomposta em duas componentes ao longo dos eixos x
e y, com amplitudes Eox = Eocos(θ) e Eoy = Eosen(θ)
respectivamente. Se a onda incidir em um polarizador cujo o
eixo de transmissão está ao longo do eixo x, a componente
em x não sofre perdas, enquanto a componente em y é
totalmente absorvida. A intensidade I da luz polarizada,
dados o ângulo θ entre os eixos dos polaroides e a constante
da intensidade máxima da luz Im:
I = Imcos
2(θ) - Lei de Malus [1]
sendo Im = 12c�oE
2
o .
Agora, verificaremos a validade experimental dessa lei.
III. INSTRUMENTOS UTILIZADOS
Figura 1. Mesa montada para o experimento de polarização
da luz. Os materiais sob a mesa são: um laser, dois filmes
polarizadores, banco óptico, suportes para os filmes com
medidor de ângulo, sensor de luz e multímetro.
IV. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Como na imagem acima, os dois suportes são montados
sobre o banco óptico juntamente com o detector e o laser,
todos em seus devidos suportes. Após ligado, um feixe de laser
atravessa dois polarizadores e incide sobre um sensor de luz.
Um dos polarizadores é mantido fixo, enquanto o outro pode
girar com frequência angular constante, variando apenas seu
ângulo θ. A intensidade da luz polarizada, medida pelo sensor
de luz, é função do ângulo de rotação. Com um multímetro
detectando a intensidade da luz incidida no detector, executam-
se medidas para os ângulos de rotação de 10 em 10 até
90 graus. Tomando nota da intensidade luminosa detectada
no multímetro e do ângulo rotacionado, pudemos obter os
seguintes valores:
Intensidade luminosa (Volts) Ângulo (Grau)
0 -90
0,116 -80
0,170 -70
0,195 -60
0,214 -50
0,227 -40
0,230 -30
0,243 -20
0,246 -10
0,249 0
0,248 10
0,245 20
0,236 30
0,230 40
0,215 50
0,201 60
0,179 70
0,136 80
0 90
Por fim, tomando como base a Lei de Malus, montaremos
um gráfico (Gráfico 1.) do ângulo versus intensidade luminosa
de acordo com os valores encontrados.
V. GRÁFICO
Gráfico 1. Representa a curva definida pelos valores
encontrados experimentalmente
VI. CONCLUSÃO
Com a utilização dos polarizadores, a luz passa a se
propagar em um único plano. Com isso, pudemos observar
que a polarização da luz evidencia que ela é formada por
ondas transversais. Ademais, como mostra o gráfico acima,
foi possível demonstrar experimentalmente que a lei de malus,
de fato, é válida para um feixe de luz polarizado incidente
no detector, pois o formato do gráfico condiz com a equação
da luz polarizada (apesar de ter sido representado de forma
polinomial, e não polar). Ainda há um erro percentual devido
a fatores como imperfeição da posição do laser, filmes pola-
rizadores levemente arranhados e incidência de luz externa.
Contudo, como mostrado no gráfico, a diferença entre a linha
de tendência (tracejada) e a linha dos valores no gráfico é
pequena, então pode-se dizer que o erro foi pequeno. Apesar
desses detalhes, é possível afirmar que o experimento foi
satisfatório para com nossa meta, já que cumprimos o objetivo.
REFERÊNCIAS
[1] D. Halliday and R. Resnick, Fundamentos de Física 4 - Ótica e Física
Moderna, 2nd ed. FUTURA, 1994.