RELATORIO 3 pdf (1).pdf

Click here to load reader

  • date post

    09-Nov-2015
  • Category

    Documents

  • view

    225
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of RELATORIO 3 pdf (1).pdf

  • 1

    INTERFERNCIA DA LUZ

    1. RESUMO:

    Introduo: A partir de um experimento envolvendo difrao no qual as fendas se

    tornam fontes de onda secundrias Young provou o comportamento ondulatrio da luz. A

    interferncia de ondas luminosas projetadas em um anteparo mostram alternadas regies

    claras e escuras, que so denominadas de franjas de interferncia. Objetivos: Compreenso

    dos princpios fsicos relacionados ao processo de interferncia e difrao da luz laser (que

    uma luz monocromtica coerente), gerada por duas fontes pontuais criadas pelo Espelho de

    Fresnel e por um Biprisma; a partir dos conceitos de tica geomtrica melhorar e quantificar a

    compreenso dos processos de interferncia de luz; entender o mecanismo de utilizao do

    Espelho de Fresnel e do Biprisma para gerar duas fontes de luz pontuais a partir da incidncia

    de uma luz laser e assim avaliar a figura de interferncia gerada no anteparo; compreender

    quais so os parmetros fsicos que afetam as caractersticas das franjas de interferncia e

    difrao da luz; a partir do fenmeno da interferncia determinar um comprimento de onda

    da luz. Metodologia: Clculo do comprimento de onda a partir da medio da distncia entre

    franjas projetadas em um anteparo, distancia do arranjo experimental at o anteparo, e

    distncia entre dois pontos virtuais produzidos pelo espelho de Fresnel ou pelo biprisma.

    Resultados: Valor do comprimento de onda mdio encontrado de 683 47 nm; valor do

    comprimento de onda encontrado usando o biprisma 586 71nm; valor do comprimento de

    onda mdio encontrado usando o espelho de Fresnel 716 44 nm. Concluses: A medio a

    partir do biprisma forneceu um comprimento de onda mais prximo do esperado (632,8 nm).

    2. INTRODUO:

    A definio de onda uma perturbao que se propaga num meio, transferindo

    energia de um ponto a outro sem transportar matria entre eles. Existem dois tipos de

    onda, as mecnicas, que precisam de um meio material pra se propagar, ou seja, no

    se propagam no vcuo, e as eletromagnticas, que se propagam no vcuo e em certos

    meios materiais. A luz um tipo de onda eletromagntica.

    As ondas cossenoidais (Figura A) possuem caractersticas como o comprimento

    de onda (), que equivale a distncia entre duas cristas adjacentes ou entre dois vales

    adjacentes e o perodo (T), que o tempo no qual a onda percorreu o tamanho de seu

    comprimento de onda (). A frequncia (f) de uma onda sempre igual ao inverso de

    seu perodo (T), que igual frequncia da fonte que a emitiu.(1)

    Equao A - Frequncia de uma onda.

  • 2

    Figura A - Comprimendo de Onda.

    Fonte: http://cepa.if.usp.br/e-fisica/imagens/eletricidade/basico/cap18/fig339.gif

    Com os valores do comprimento de onda () e do perodo (T), pode-se

    encontrar a velocidade de propagao dessa onda pela frmula:

    Equao B - Velocidade de propagao de uma onda.

    Frente de onda (Figura B) o conjunto de pontos do meio que so atingidos

    pela onda que se propaga em um determinado instante. Em meios homognicos as

    frentes de onda so retas ou circulares. Normalmente se representa uma frente de

    onda e suas posies anteriores defasadas de um perodo (T), ou seja, com uma

    distncia equivalente ao comprimento de onda ().

    Figura B Frentes de Onda.

    Fonte: http://www.politecnico.ufsm.br/cursos/tecnicos/images/downloads/apostila_fisica.pdf

    Huygens postulou o movimento ondulatrio da luz(2) e seu princpio permite

    determinar a posio de uma frente de onda no instante quando se sabe a posio

    dessa frente em algum instante anterior. Isso porque a nova frente de onda (frente

    secundria) produzida no sentido de propagao e com a mesma velocidade do meio.

    Outro fenmeno comum envolvendo ondas a interferncia. Quando ondas se

    cruzam pode ocorrer interferncia construtiva (Figura C), se ambas estiverem em

    concordncia de fase, ou destrutiva (Figura D), se estiverem em oposio de fases.

  • 3

    Aps esse fenmeno as ondas voltam a se propagar como antes, devido propriedade

    da independncia das ondas.

    Figura C Interferncia Construtiva.

    Fonte: http://www.politecnico.ufsm.br/cursos/tecnicos/images/downloads/apostila_fisica.pdf

    Figura D Interferncia Destrutiva.

    Fonte: http://www.politecnico.ufsm.br/cursos/tecnicos/images/downloads/apostila_fisica.pdf

    Quando a onda ao se propagar encontra uma fenda, ocorre o fenmeno da

    difrao, que a possibilidade de uma onda contornar um obstculo e penetrar na

    regio de sombra. Os pontos da abertura da fenda so atingidos pela frente de onda,

  • 4

    tornando-se fontes de onda secundrias que mudam de direo. (1) No caso da onda

    luminosa, para a difrao ocorrer a fenda deve possuir dimenses da ordem do

    comprimento da luz.(3)

    A experincia realizada por Young (Figura E) provou o postulado de Huygens.

    Baseada em uma fonte de luz monocromtica, duas telas opacas, uma com uma fenda

    e outra com duas fendas de mesmo tamanho e um anteparo. Young provou que a luz

    possui natureza ondulatria, uma vez que alinhados (na ordem: fonte, tela com uma

    fenda, tela com duas fendas e anteparo) o anteparo no fica totalmente escuro, pois

    alcanado pelos raios de luz, se a luz possui-se carter retilneo o anteparo ficaria

    totalmente escuro. Como resultado da interferncia dessas ondas luminosas o

    anteparo mostra alternadas regies claras e escuras, que so denominadas de franjas

    de interferncia. (1)

    Figura E Experincia de Young.

    Fonte: http://www.cepa.if.usp.br/e-isica/otica/universitario/cap07/cap7_02.php O espelho duplo de Fresnel (Figura F), criado pelo engenheiro e fsico Augustin

    Jean Fresnel um espelho que permite a gerao de ondas secundrias com o auxlio

    de sistemas pticos adicionais ou no. Esse espelho constitudo por dois espelhos

    planos, por isso chamado de espelho duplo, que fazem entre eles um ngulo

    pequeno. Uma luz pontual incide nos dois espelhos, uma parte dessas ondas

    refletida por um e outra parte delas refletida pelo outro. No local de sobreposio das

    duas ondas ocorre interferncia. (4) A partir da imagem resultante desse experimento

    pode-se descobrir o comprimento de onda da luz proveniente da fonte pela frmula:

    Equao C Comprimento de onda. Onde A a distncia entre as duas fontes virtuais de luz que geraram a

    interferncia; D a distncia entre duas franjas; b a distncia entre a lente de maior

    distncia focal e o anteparo e f a distncia focal.

  • 5

    Figura F Espelho duplo de Fresnel.

    Fonte: http://www.cepa.if.usp.br/e-isica/otica/universitario/cap07/cap7_02.php

    O prisma ptico (Figura G) um arranjo de associao de diptros planos. Essa

    associao ocorre de forma que as superfcies planas no estejam paralelas entre si,

    havendo um ngulo diferente de zero entre elas. As superfcies diptricas se

    encontram na face do prisma. O ngulo de refringncia do prisma o ngulo entre as

    duas faces polidas. As faces no polidas de um prisma no podem ser utilizadas como

    superfcies pticas. Ao incidir sobre uma das faces do prisma, a luz sofre refrao tanto

    na primeira face quanto na segunda. (5)

    Figura G Prisma ptico.

    Fonte: http://efisica.if.usp.br/otica/basico/prisma/intro/

  • 6

    3. MATERIAS E MTODOS:

    O arranjo do experimento foi montado utilizando um aparelho emissor de laser (Marca Lasos, Tipo HeNe-Gasslaser 1mW, 632.6mm, 230V, 50/60 Hz, potncia

    35VA) duas lentes focais (uma de menor alcance f=+20mm, outra de maior alcance

    f=+300mm, ambas da marca Phywe), um espelho de Fresnel tambm da marca Phywe

    (para a primeira parte do experimento) e um biprisma (para a segunda parte do

    experimento), acoplados em um trilho.

    Os equipamentos foram montados no trilho nesta sequncia: laser, lente com

    menor distncia focal, espelho de Fresnel ou mesa com biprisma e lente com maior

    distncia focal (Figura 1). As medies da distncia entre a fonte de laser e a lente de

    menor foco, da distncia entre as lentes de menor e maior distncia focal, e da

    distncia entre o espelho de Fresnel (posteriormente trocado pelo biprisma) e as

    lentes foram realizadas a partir da escala existente no trilho. A distncia entre a lente

    de menor foco e a lente de maior foco era de aproximadamente 35 cm, e a distncia

    entre a fonte de laser e a lente de menor foco era de aproximadamente 20 cm.

    Figura 1 Esquema do arranjo experimental Interferncia da Luz. Fonte: Elaborada pelo grupo.

    Escolheu-se como anteparo a parede do laboratrio e mediu-se a distncia de

    aproximadamente 6,57 m desta at o conjunto do arranjo experimental. Esta medida

    foi a mais difcil de ser realizada, pois no se possua nenhum equipamento que

    medisse diretamente toda essa distncia. Por isso, efetuou-se a medida com auxlio de

    Laser

    Lente

    f=+70mm

    Lente

    f=+300mm

    Espelho

    de Fresnel

  • 7

    um barbante, porm, por conta da bancada existente entre a mesa onde o arranjo

    estava montado e o anteparo e pelo material do barbante ser deformvel, ocorreu a

    variao de alguns centmetros entre as medidas de distncia feitas pelas integrantes

    do grupo.

    Alinhou-se as lentes, o laser e o espelho de Fresnel observando-se o ponto

    luminoso focalizado no anteparo. O espelho de Fresnel foi posicionado a uma distncia

    de aproximadamente 20 cm da lente de menor foco, e observando-se o feixe de luz,