Relatório 3 - Interferência e polarização da luz

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG
Centro de Ciências e Tecnologia – CCT
Unidade Acadêmica de Física
Laboratório de Óptica, Eletricidade e Magnetismo
Aluna: Joyce Ingrid Venceslau de Souto
Turma: 09
INTERFERÊNCIA, DIFRAÇÃO E POLARIZAÇÃO DA LUZ
Campina Grande, PB. 
Setembro de 2018
Sumário
 
 
1. INTRODUÇÃO................................................. .......................................................3
2. MATERIAIS UTILIZADOS.................................................. ....................................3
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.............. ................................................................4
 	3.1 Princípio de Huygens.......................................................... .....................4
 	3.2 Polarização da Luz....................................................... ............................4 
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS...................................................................4
 	4.1 Determinação do Comprimento de Onda da Luz...................................4
 	4.2 Polarização da Luz....................................................................................5
 	4.3 Polarização da Luz por Reflexão..............................................................5
5. DADOS COLETADOS.............................................................................................6
 	5.1 Determinação do Comprimento de Onda da Luz (Tabela 1)..................6
6. ANÁLISES...............................................................................................................6
 	6.1 Determinação do Comprimento de Onda da Luz...................................6
 	6.2 Polarização da Luz....................................................................................6
 	6.3 Polarização da Luz por Reflexão..............................................................6
7. CONCLUSÕES........................................................................................................6
1. INTRODUÇÃO
A natureza ondulatória da luz pode ser investigada por meio dos fenômenos de difração e interferência. Difração é comum a todo movimento ondulatório e consiste no desvio sofrido por uma parte de uma frente de onda ao passar por fendas ou encontrar obstáculos com dimensões que se aproximem do comprimento de onda. Difração é o fenômeno que permite com que uma onda atravesse fendas ou contorne obstáculos, atingindo regiões onde, segundo a propagação retilínea da luz, não conseguiria chegar. 
A difração é explicada pelo Princípio de Huygens que afirma que, quando os pontos de uma abertura ou de um obstáculo são atingidos pela frente de onda, eles se tornam fontes de ondas secundárias que mudam a direção de propagação da onda principal, atravessando a abertura e contornando o obstáculo (figura abaixo). 
A interferência é um processo que consiste na combinação das ondas na mesma região do espaço. É possível serem observados fenômenos de interferência para as ondas, como, por exemplo, a luz e o som. No entanto, é necessário que algumas condições sejam verificadas, são elas:
· Fontes monocromáticas, ou seja, que possuam apenas uma única frequência; Fontes de luz coerentes, ou seja, que as suas frequências sejam iguais. Ao combinar essas fontes, é possível observar interferência construtiva em todos os instantes.
· Foi mostrado experimentalmente pela primeira vez o fenômeno de interferência para as ondas luminosas por Thomas Young, em 1801. Contudo, o primeiro passo para estudar este fenômeno é compreender o Princípio de Huygens.
2. MATERIAIS UTILIZADOS
Para os cinco experimentos foram utilizados os seguintes materiais: 
· Fonte de luz branca;
· Base metálica com duas mantas magnéticas e escala lateral;
· Lente de vidro convergente biconvexa; 
· Diafragma com cinco fendas; 
· Lente de vidro convergente plano-convexa; 
· Cavaleiros metálicos; 
· Rede de difração 500 fendas/mm em moldura plástica com fixação magnética;
· Anteparo para projeção com fixador magnético;
· Régua milimetrada;
· Diafragma com uma fenda; 
· Dois polaróides; 
· Disco giratório com escala angular e subdivisões de 1º;
· Suporte para disco giratório; 
	3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 Princípio de Huygens
É uma construção geométrica a qual se verifica que todos os pontos do espaço aonde chega uma determinada onda são como pontos que produzem novas ondas secundárias esféricas, que se propagam pelo meio com uma velocidade característica. Após um determinado período de tempo a nova posição da frente de onda é tangente às ondas originadas.
3.2 Polarização da Luz
	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. Além disso, a luz que atravessa um filtro polarizador oscila em um 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 será possível ver nenhuma imagem através dos filtros).
	A luz também é polarizada quando é refletida numa superfície. Se observarmos 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 circular corrente eléctrica por eles. Esse é o princípio usado nos écrans de calculadoras e de celulares.
A polarização da luz é explicada facilmente admitindo que a luz é uma onda transversal (oscila em planos perpendiculares à direção de propagação).
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
4.1 Determinação do Comprimento de Onda da Luz
Monta-se o experimento de acordo com a imagem abaixo:
	Em seguida, ajusta-se a posição da lente para que a fenda projetada fique bem nítida. Dar-se início ao experimento medindo a distância do centro de cada cor até o centro da fenda projetada até completar a Tabela 1.
4.2 Polarização da Luz
Monta-se o experimento de acordo com a imagem abaixo:
	Com o experimento devidamente montado, ajusta-se a posição da lente para que a fenda projetada fique bem nítida. Com um polaróide, a luz se polariza e continua a se projetar no anteparo. Coloca-se o segundo polaróide. Primeiramente, os dois polaróides estão a mesma graduação e nada se altera. Ao girar o segundo polaróide até atingir 90° em relação ao primeiro a projeção no anteparo desaparece. 
4.3 Polarização da Luz por Reflexão
Monta-se o experimento de acordo com a imagem abaixo:
Segue o experimento girando o disco óptico 20°, observando o raio refletido e colocando-o na mesma direção do raio refletido e o polaroide projetando o feixe refletido no anteparo. Depois, gira-se o polaroide de 90° e observa-se a projeção do feixe luminoso e após o retorno para a mesma posição anterior. E gira-se, novamente, o disco ótico para 40° e observa-se o raio refletido, reposicionando o conjunto polaróide e anteparo para a mesma posição. Giramos, ainda, o polaróide em 90°, novamente, e observamos a projeção do feixe luminoso, e retornamos o polaroide para a posição inicial.
5. DADOS COLETADOS
5.1 Determinação do Comprimento de Onda da Luz (Tabela 1)
	Cor
	a (m)
	X (m)
	λ (10-9 m)
	Vermelho
	0,14
	0,042
	574,69
	Laranja
	0,14
	0,039
	536,71
	Amarelo
	0,14
	0,037
	511,03
	Verde
	0,14
	0,035
	482,87
	Azul
	0,14
	0,032
	445,65
	Violeta
	0,14
	0,030
	419,06
	Onde X é a distância de cada cor até o centro da fenda projetada, D é a constante de rede de difração (D = 2000 nm) e λ é o comprimento de onda.
6. ANÁLISES
6.1 Determinação do Comprimento de Onda da Luz
A partir dos dados coletados são obtidas informações tal como a radiação que tem o maior comprimento de ondaé a radiação vermelha (574,69 mm) e a que tem maior frequência é a radiação violeta. Ao comparar os comprimentos de ondas experimentais com os teóricos, todos os valores experimentais ficaram dentro do intervalo fornecido, a exceção de erros advindos da montagem do experimento, etc.
6.2 Polarização da Luz
Quando os polaróides estavam ajustados a um mesmo ângulo o feixe de luz era projetado nitidamente no anteparo. Quando a angulação dos polaróides foi ajustada a intensidade da luz no anteparo diminuiu até zerar em 90°. Assim, pôde se perceber que a luz é composta de duas frentes de onda com 90° entre elas (um campo magnético e outro elétrico). 
6.3 Polarização da Luz por Reflexão
A direção da polarização da luz depende da direção imposta pelo polaróide. Dos dados coletados, tem-se o ângulo de incidência que tem a luz polarizada é θB = 55° e o ângulo entre o raio refletido e o raio refratado é α = 79°. Sabendo que a tan θB = 1,43 e considerando o índice de refração do experimento anterior n = 1,46, obtém-se um erro de 2,0%.
7. CONCLUSÕES
De uma forma geral, baseados nessas três etapas experimentais, tivemos, primeiramente, a oportunidade de colocar na prática algo que só pudemos, até então, ver na teoria. Fizemos cálculos comparando os resultados experimentais com os teóricos, no caso da difração de luz. Comparamos resultados de experimentos anteriores com o resultado desse experimento e percebemos que podemos achar o índice de refração por mais de uma forma. E estudamos o porquê de dois polaróides situados entre um ângulo de 90° não projeta um feixe de luz em um anteparo. Com o que foi visto teoricamente adicionado a prática, tivemos a oportunidade de consolidar mais nossos conhecimentos sobre esse assunto, podendo, então, ser estudado em situações cotidianas.