Relatorio 3 - INTERFERÊNCIA, DIFRAÇÃO E POLARIZAÇÃO DA LUZ

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Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia – CCT
Unidade Acadêmica de Física – UAF
Disciplina: Física Experimental II	Turma: 03	 Professor: Larsson
Aluno: Samir Montenegro Medeiros	 Matrícula: 117210597
INTERFERÊNCIA, DIFRAÇÃO E POLARIZAÇÃO DA LUZ
CAMPINA GRANDE, 04 DE ABRIL DE 2019
Índice
1. Introdução 	3
 1.1. Fundamentação Teórica 	3
 1.2. Objetivos	4
2. Materiais Necessários 	4
3. Metodologia 	5
4. Resultados e Discussões 	7
5. Conclusão 	9
6. Referências Bibliográficas 	10
1. INTRODUÇÃO
1.1. Fundamentação teórica
	
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 aproximam do comprimento de onda. Difração 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 tornam-se 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 processo que consiste na combinação das ondas na mesma região do espaço. É possível observarem-se fenómenos de interferência para as ondas, como por exemplo, a luz e o som, no entanto, é necessário que algumas condições sejam verificadas:
· Fontes monocromáticas, ou seja, que possuam apenas uma única frequência;
· Fontes de luz coerentes, ou seja, que as suas frequências sejam iguais. Ao combinar estas fontes é possível observar interferência construtiva em todos os instantes.
Quem primeiro mostrou experimentalmente o fenómeno de interferência para as ondas luminosas foi Thomas Young, em 1801. Contudo, o primeiro passo para estudar este fenómeno é compreender o Princípio de Huygens.
Princípio de Huygens: É uma construção geométrica onde todos os pontos do espaço onde chega uma determinada onda são como pontos que produzem novas ondas secundárias esféricas, que se propagam pelo meio, com uma velocidade característica desse meio. Após um determinado período, a nova posição da frente de onda é tangente às ondas originadas.
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. A luz que atravessa um filtro polarizador oscila num 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 se conseguirá ver nenhuma imagem através dos filtros).
	A luz também é polarizada quando é refletida numa superfície. Se observamos 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 por eles circula corrente eléctrica. Esse é o princípio usado nos écrans de calculadoras e de telemóveis.
A polarização da luz explica-se facilmente admitindo que a luz é uma onda transversal (oscila em planos perpendiculares à direção de propagação).
1.2. Objetivo Geral
Estes experimentos têm como objetivo estudar o comportamento da Luz enquanto onda. Mais especificamente após os experimentos deve-se ser capaz de: 
· Conceituar a Polarização da Luz;
· Determinar a polarização da luz através de uma rede difratora;
· Verificar a polarização da luz através de polaroides; 
· Calcular o comprimento de onda para cada faixa do espectro visível da luz; 
· Conceituar Polarização da Luz por Reflexão.
2. MATERIAIS UTILIZADOS
Para os experimentos relatados a seguir foram utilizados os seguintes materiais: 
· Fonte de luz branca 12V-21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema de posicionamento do filamento;
· Base metálica 8x70x3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm;
· Lente de vidro convergente biconvexa com Ø50mm, DF 100mm em moldura plástica com fixação magnética;
· Lente de vidro biconvexa com Ø50mm, DF 100mm em moldura plástica com fixação magnética;
· Lente de vidro convergente plano-convexa com Ø60mm, DF 120mm em moldura plástica com fixação magnética;
· Diafragma com uma fenda;
· 5 cavaleiros metálicos;
· Rede de difração 500 fendas/mm em moldura plástica com fixação magnética;
· Trena de 2m;
· Anteparo para projeção com fixador magnético e régua milimetrada;
· Duas polaroides em moldura plástica com fixação magnética;
· Disco giratório com escala angular e subdivisões 1º;
· Suporte para disco giratório;
3. METODOLOGIA
Experimento 1 - Determinação do Comprimento de Onda da Luz
Para iniciar o experimento, montou-se a conforme figura a seguir:
	Colocou-se na frente da fonte luminosa à 4cm uma lente convergente de distância focal f = 5cm. Essa lente é utilizada para iluminar a fenda. Em seguida, colocou-se na frente da lente o diafragma com uma fenda. Utilizou-se uma lente convergente de distância focal f = 10cm para projetar-se a fenda no anteparo.
	Ajustou-se a posição da lente para que a fenda projetada ficasse bem nítida. Colocou-se a rede de difração na frente da lente e ajustou-se a mesma de modo que o espectro ficasse bem nítido. Para finalizar, ajustou-se a posição da rede de difração para que a mesma ficasse a 14cm do anteparo de projeção (a = 0,140m).
	Mediram-se as distâncias X do centro de cada cor até o centro da fenda projetada. Calculou-se a constante de rede de difração que tem 500 linhas por milímetro:
	O comprimento de onda λ de cada tipo de radiação observada é calculado através de:
Experimento 2 - Polarização da Luz
Para iniciar o experimento, montou-se o equipamento da seguinte forma:
	Colocou-se sobre a base metálica um cavaleiro metálico com lente convergente de distância focal 12cm e fixou-se no mesmo um diafragma com uma fenda. Colocou-se na extremidade da base metálica um anteparo para projeção do raio da fenda. Em seguida, ligou-se a fonte de luz.
	Colocou-se sobre a base metálica um polaroide fixo à 10 cm da lente. Ajustou-se a posição da lente para que a fenda projetada permanecesse bem nítida. Em seguida, colocou-se sobre a base metálica um segundo polaroide, dessa vez à 10cm de distância do primeiro polaroide.
	Observou-se a projeção luminosa no anteparo de projeção. Em seguida, ajustou-se o segundo polaroide num ângulo de 90º em relação à angulação do primeiro polaroide. Observou-se a projeção.
Experimento 3 - Polarização da Luz por Reflexão
Para dar início ao experimento, montou-se o equipamento da seguinte forma:
	
Em seguida, colocou-se na frente da fonte de luz um cavaleiro metálico com uma lente convergente de distância focal 12cm e um diafragma de uma fenda. Ligou-se a fonte de luz e ajustou-se o raio luminoso no centro do transferidor. Colocou-se o semicírculo de acrílico no disco ótico conforme a figura, e ajustou-se o mesmo de tal modo que o ângulo de incidência fosse igual a 0º, assim como o ângulo de refração.
	Fixou-se em um cavaleiro metálico um anteparo de projeção. Girou-se o disco ótico em 20º, observou-se o raio refletido. Colocou-se o polaroide na mesma direção do raio refletido e o anteparo de projeção a 10cm do polaroide. Em seguida, girou-se o polaroide a 90º e observou-se a projeção do feixe luminoso no anteparo.
	Repetiu-se o procedimento acima para os ângulos de 40º, 50º e 60º, procurando um ângulo no qual a luz fosse polarizada e não fosse mais projetada no anteparo
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Experimento 1 - Determinação do Comprimento de Onda da LuzOs dados coletados neste experimento estão registrados abaixo:
	Cor
	a (m)
	X (m)
	λ (nm)
	Vermelho
	0,14
	0,049
	661
	Laranja
	0,14
	0,045
	612
	Amarelo
	0,14
	0,042
	575
	Verde
	0,14
	0,04
	549
	Azul
	0,14
	0,036
	498
	Violeta
	0,14
	0,032
	446
	
Percebe-se que a radiação que tem maior comprimento de onda é o vermelho, com aproximadamente 660nm segundo nossos cálculos. 
Como frequência e comprimento de onda são grandezas inversamente proporcionais, fica evidente que a cor violeta que tem a maior frequência.
Ainda sobre vermelho, esta é a que sofre interferência construtiva mais afastada da raia central.
	Cor
	λ (nm)
	Vermelho
	620-760
	Laranja
	585-620
	Amarelo
	550-585
	Verde
	510-550
	Azul
	450-510
	Violeta
	380-450
	Comparando os resultados obtidos com a tabela acima, percebe-se que os resultados foram condizentes para cada faixa do espectro visível da luz, apesar de algumas observações terem ocorrido no limite do espectro.
Experimento 2 - Refração da Luz: Lente Convergente
Ao incidir luz no primeiro polaroide, sem o ajuste referente ao segundo polaroide, percebe-se que a projeção no anteparo não se alterou. Após ajustar o segundo polaroide, percebeu-se que o feixe luminoso no anteparo desapareceu. Isso ocorreu devido ao efeito de polarização da luz, no qual o primeiro polaroide permite transpassar apenas uma determinada direção de propagação da luz e seu padrão de onda respectivo. Já ao transpassar pelo segundo polaroide, a direção de propagação restante do primeiro polaroide foi bloqueada pelo segundo, fazendo com que a projeção luminosa no anteparo desaparecesse.
Experimento 3 - Refração da Luz: Lente Divergente
Durante os procedimentos experimentais, percebeu-se que a partir de um ângulo de 40º, o feixe luminoso começa a demonstrar-se de pouco intensidade quando do ajuste do polaroide para o mesmo. 
Com o decorrer do experimento, percebeu-se que ângulo de incidência que tem a luz polarizada é um ângulo de aproximadamente 53º, denominado ângulo de Brewster. 
	Também foi medido o ângulo entre o raio refletido e o raio refratado, resultando aproximadamente em 90º. 
	A luz refletida é totalmente polarizada em um plano perpendicular ao plano de incidência.
	É possível encontrar a tangente do ângulo de Brewster através da lei de Snell-Descartes:
Assim,
aplicando a seguinte identidade trigonométrica
Tem-se,
Calculando,
O valor do índice de refração encontrado para o acrílico em experimento passado foi de 1,442. Calculando o erro percentual:
Porém, se considerarmos um erro experimental de 5%, o erro encontrado foi maior que o tolerável. Por o erro ser acima de 5%, porém ainda pequeno, pode ter ocorrido devido a falha na observação no ângulo em questão, ou mesmo em erro no cálculo do índice de refração do experimento anterior.
5. CONCLUSÕES
Com o experimento 1, foi possível observar de forma prática o fenômeno de polarização da luz por meio de uma rede difratora. Esse fenômeno costuma ser observado diariamente, porém por outros meios, como a chuva ou um CD. Também foi possível calcular o comprimento de onda para cada faixa do espectro visível da luz, obtendo resultados satisfatórios.
Com o experimento 2, foi possível observar o fenômeno da polarização através de equipamentos denominados polaroides ou polarímetros, fabricados para polarizar uma determinação direção de propagação da luz. Os resultados esperados foram obtidos quando da utilização dos mesmos.
Com o experimento 3 Com o experimento realizado foi possível perceber uma nova forma de polarização da luz: a polarização por reflexão. Evidenciou-se esse fenômeno de forma prática e, através de leis matemáticas simples, encontrou-se um determinado valor para o índice de refração do acrílico, com boa aproximação.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Apostila de Física Experimental II
HALLIDAY, David, 1 916 – Fundamentos d e Física, volume 4: óptica e física moderna / Halliday, Resnick, J earl Walker; tradução e revisão técnica Ronaldo 
Sérgio de Biasi. – Rio de Janeiro: LTC, 2009. 
SAMPAIO, J osé Luiz, Física: volume único / J osé Luiz Sampaio, Caio Sérgio Calçada. – 2. ed. – São Paulo: Atual, 2005.
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