Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Difração e interferência em Fendas R. J. F. Silva RU: 2404580 Centro Universitário Uninter Pap – Rua Rio Grande do Sul. – CEP: 13845 - 180 – Mogi Guaçu – São Paulo - Brasil e-mail: polomigiguacu@uninter.com Resumo. Estudar o fenômeno físico de difração e interferência da luz, utilizando o laboratório virtual Algetec, verificando os padrões produzidos pelas diferentes fendas. Palavras chave: Difração, Interferência, Luz. Introdução A Física Óptica é a responsável por estudar o comportamento da luz, sendo fundamental no nosso cotidiano, trazendo avanços tecnológicos indispensáveis, tais como: telescópios que são usados em satélites, câmeras dos nossos smartphones, microscópios utilizados em laboratórios, e até na transmissão de dados por fibra óptica, entre outros. A difração, consiste no movimento das ondas de desviar ou contornar os obstáculos, durante a propagação, esses fenômenos são observados para todos os tipos de ondas, podendo ser eletromagnéticas ou mecânicas como nas ondas na superfície da água, ou no som, por exemplo. Procedimentos Experimentais realizados nas Fendas O experimento foi realizado no laboratório virtual ALGETEC, sendo coletados os dados, posteriormente feitas as análises. • Foi realizado o acesso ao laboratório virtual ALGETEC, pelo link disponibilizado no AVA. • Ajustado a posição da fenda em 400mm, anteparo em 600mm, deixando uma distância de 200mm, além de selecionar a luz vermelha do laser (λ = 7 . 10-7 m). • Selecionado a lâmina de difração, posteriormente sendo coletados as posições dos mínimos de acordo com as tabelas. Difração em fenda única Figura 1 – Fenda Fio de Cabelo Tabela 1 – Medição de Mínimo Fio de Cabelo Difração em Fenda Dupla I Figura 2 – Fenda Dupla I Tabela 2 – Medição de Mínimo Fenda Dupla I Tabela 1 Distância entre a lâmina e o anteparo (mm) 200 Largura da Abertura Minimos Distância y (mm) Fio de Cabelo m = 1 1,20 m = 2 3,40 m = 3 5,70 m = 4 8,00 m = 5 10,50 m = 6 12,70 Tabela 2 Distância entre a lâmina e o anteparo (mm) 200 Largura da Abertura Minimos Distância y (mm) Fenda Dupla I m = 1 2,30 m = 2 6,80 m = 3 11,50 m = 4 16,00 m = 5 20,70 m = 6 25,50 Difração em Fenda Dupla II Figura 3 – Fenda Dupla II Tabela 3 – Medição de Mínimo Fenda Dupla II Difração em Fenda Dupla III Figura 4 – Fenda Dupla III Tabela 4 – Medição de Mínimo Fenda Dupla III Análise dos Resultados e Conclusões 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? Analisado os resultados obtidos na tabela 1, dos espaçamentos entre as franjas com a espessura de um Fio de Cabelo. Encontramos uma variação proporcional, quanto menor a largura da fenda maior é o espaçamento entre as franjas, de acordo com a seguinte razão; a λ 2 – Com base na geometria, escreva uma expressão 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 (distancia D) e a distância dos mínimos no anteparo y formam um triangulo retângulo. tan (θ )= 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 difração. sen (θ )=m . λ a 4 – Combine as expressões dos itens anteriores de forma a resultar uma equação para a distância entre os mínimos em função da ordem destes mínimos. Lembre-se que para pequen as medidas em radianos vale a aproximação sen (θ )≃tan(θ )≃θ y=m . D . λ a 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? Tabela 3 Distância entre a lâmina e o anteparo (mm) 200 Largura da Abertura Minimos Distância y (mm) Fenda Dupla II m = 1 1,40 m = 2 4,10 m = 3 6,90 m = 4 9,70 m = 5 12,50 m = 6 15,20 Tabela 4 Distância entre a lâmina e o anteparo (mm) 200 Largura da Abertura Minimos Distância y (mm) Fenda Dupla III m = 1 1,40 m = 2 4,10 m = 3 6,90 m = 4 9,70 m = 5 12,50 m = 6 15,20 Gráfico 1 – Tabela Difração Fio de Cabelo O gráfico 1 Apresenta uma reta linear, característicos em funções de primeiro grau y=ax+b 6 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. y=2,2. x−1 ]7 – A partir deste resultado calcule a largura do fio de cabelo. y=D . λ a ⇒a=D . λ y a=200. 7.10 −7 2,2 a=63,63.10−6m a=63,63μm 8 – Compare este valor obtido experimentalmente com o nominal citado na tabela de dados 1. O valor nominal é de 60μm e o resultado obtido no cálculo é de 63,63μm. Difração em Fenda Dupla I 1 – Como padrão de interferência em fenda dupla se diferencia do padrão obtido para a fenda simples? O número de mínimos aumenta devido às fendas duplas causando interferências construtivas e destrutivas entre si. 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. tan (θ )= 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 à interferência. d . sen(θ )=(m+ 1 2 ) .λ 4 – Combine as expressões dos itens anteriores de forma a resultar uma equação para a distância entre os mínimos em função da ordem destes mínimos. Lembre-se que para pequen as medidas em radianos vale a aproximação sen (θ )≃tan(θ )≃θ y=(D .λ .m d )+ D .λ 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 – Tabela Difração Fenda Dupla I Assim como o gráfico anterior, este também a presenta um reta linear, característicos da funções de primeiro grau. 6 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. y=4,5. x−2 7 – A partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla I. d=λ .D y d=7.10 −7 .200 4,5 d=31,11 μm Difração em Fenda Dupla II 1 – Como padrão de interferência em fenda dupla se diferencia do padrão obtido para a fenda simples? O número de mínimos aumenta devido às fendas duplas causando interferências construtivas e destrutivas entre si. 2 – Com base na geometria, escreva uma equação para calcular o ângulo formado entre a direção do 1 2 3 4 5 6 0,0000 0,0020 0,0040 0,0060 0,0080 0,0100 0,0120 0,0140 Tabela 1 Mínimos D is tâ n ci a e n tr e o s M ín im o s( m ) 1 2 3 4 5 6 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 Tabela 2 Mínimos D is tâ n ci a e n tr e o s M ín im o s (m ) 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. tan (θ )= 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 à interferência. d . sen(θ )=(m+ 1 2 ) .λ 4 – Combine as expressões dos itens anteriores de forma a resultar uma equação para a distância entre os mínimos em função da ordem destesmínimos. Lembre-se que para pequen as medidas em radianos vale a aproximação sen (θ )≃tan(θ )≃θ y=(D .λ .m d )+ D .λ 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 3 – Tabela Difração Fenda Dupla II Assim como o gráfico anterior, este também a presenta um reta linear, característicos da funções de primeiro grau. 6 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. y=2,7. x−1 7 – A partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla II. d=λ .D y d=7.10 −7 .200 2,7 d=51,85μ m Difração em Fenda Dupla III 1 – Como padrão de interferência em fenda dupla se diferencia do padrão obtido para a fenda simples? O número de mínimos aumenta devido às fendas duplas causando interferências construtivas e destrutivas entre si. 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. tan (θ )= 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 à interferência. d . sen(θ )=(m+ 1 2 ) .λ 4 – Combine as expressões dos itens anteriores de forma a resultar uma equação para a distância entre os mínimos em função da ordem destes mínimos. Lembre-se que para pequen as medidas em radianos vale a aproximação sen (θ )≃tan(θ )≃θ y=(D .λ .m d )+ D .λ 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? 1 2 3 4 5 6 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 Tabela 3 Mínimos D is tâ n ci a e n tr e o s M ín im o s (m ) Gráfico 4 – Tabela Difração Fenda Dupla III Assim como o gráfico anterior, este também a presenta um reta linear, característicos da funções de primeiro grau. 6 – Ajuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação. y=2,7. x−1 7 – A partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla III. d=λ .D y d=7.10 −7 .200 2,7 d=51,85μ m Conclusão Foi possível confirmar com os experimentos no laboratório virtual, a difração e a interferência da luz por meio das franjas, e ainda foi calculado a espessura do fio de cabelo, também como as distâncias das fendas através do desse mesmo fenômeno. De maneira elementar foi calculado a razão entre as distâncias das franjas pelo Mínimo de interferência, chegando em uma função de primeiro grau, com isto, podemos calcular as posições das demais franjas, tornando tal fenômeno previsível. Referências [1] SEARS e Z EMANSKY, “FÍSICA IV 10ª EDIÇÃO” [2] ROTEIRO DE AUL A FÍSI CA ÓPT ICA. 1 2 3 4 5 6 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 Tabela 4 Mínimos D is tâ n ci a e n tr e o s M ín im o s (m )
Compartilhar