Atividade Prática - Física Óptica e Moderna - 2021

Difração e Interferência\nCentro Universitário Uninter\n\nResumo. O presente relatório faz a aproximação entre conceitos teóricos dos fenômenos de difração e interferência da luz com resultados obtidos em atividade com laser e fendas duplas, e fio de cabelo. Equações e demais aspectos são abordados.\n\nPalavras chave: difração, interferência, laser, fendas.\n\nIntrodução\nA difração pode ser definida como a capacidade de ondas contornarem obstáculos. Isso acontece quando a onda encontra obstáculos que possuem aberturas com dimensões similares ao comprimento de onda (λ). Em contrapartida, a interferência ocorre em razão do encontro simultâneo de duas ondas que se propagam no mesmo meio. A ocorrência de pequenas áreas claras e escuras forma um padrão de difração e de ocasionalmente pelo fenômeno da interferência [1].\n\nProcedimento Experimental\nA ferramenta utilizada no presente procedimento consiste em um simulador em ambiente de laboratório virtual denominado ALGETEC [2].\n\nA primeira parte do experimento aborda a difração em fio de cabelo com as seguintes variáveis ajustadas nos equipamentos virtuais:\n\n• λ = 7, 10^-7 (vermelho);\n• Antena posicionada na marca de 600 mm e fendas posicionadas em 400 mm, resultando em uma distância (D) de 0,2 m;\n• A lâmina de difração selecionada como fio de cabelo;\n\nCom estes ajustes, após a seleção das franjas, procedimentos de medições de espaçamentos (y) entre máximo central e mínimos são efetuados.\n\nEm continuidade, os mesmos parâmetros são utilizados para seleção de lâminas de difração Fendas Duplas I, II e III. De mesma forma, são medidos para cada caso os espaçamentos (y) entre máximo central e mínimos, o consequente efeito de interferências.\n\nAnálise e Resultados\nNa sequência, os resultados das medições em franja fio de cabelo sendo a visão gráfica na figura 1 e resultados organizados e preenchidos na tabela 1.\n\nFig. 1 - Medições para Franja Fio de Cabelo\n\nTab. 1 - Resultados para Franja Fio de Cabelo\nLargura da Mínimo Distância (y)\nabertura\nm=1 1,2\nm=2 3,5\nm=3 6\nm=4 8\nm=5 10,5\nm=6 12,5\n\nFio de cabelo (60 μm)\nm=1 1,2\nm=2 3,5\nm=3 6\nm=4 8\nm=5 10,5\nm=6 12,5 Fig. 2 Medições para Franja Fenda Dupla I\n\nPara franjas com lâminas selecionadas para Fendas Duplas I, II e III temos resultados nas figuras 2, 3 e 4 respectivamente e a transcrição dessas na tabela 2.\n\nFig. 3 Medições para Franja Fenda Dupla II\n\nFig. 4 Medições para Franja Fenda Dupla III\n\nTab 2 Resultados para Franja de Fendas Duplas\nLargura da Mínimo Distância (y) mm\nabertura\nm=1 2\nm=2 4\nFenda Dupla I\nm=3 11,5\nm=4 16\nm=5 21\nm=6 25,5\n\nLargura da Mínimo Distância (y) mm\nabertura\nm=1 1,5\nm=2 4\nFenda Dupla II\nm=3 7\nm=4 9,7\nm=5 12,5\nm=6 15,2\n\nLargura da Mínimo Distância (y) mm\nabertura\nm=1 1,5\nm=2 4,25\nFenda Dupla III\nm=3 7\nm=4 9,7\nm=5 12,5\nm=6 15,5\n\nComo análise, elenca-se os pontos sugeridos para a presente atividade prática. Fig. 6 - Representação Gráfica de Dados\n\nDo formato gráfico pode-se inferir a classificação de reta de uma função crescente de primeiro grau com coeficiente linear.\n\nAjuste uma reta aos pontos medidos e determine a sua equação:\n\ny = 0,0023 x - 0,001\n\nA partir deste resultado calcule a largura do fio de cabelo.\n\nA = 0,0023\n\nλ = 7, 10^-7\n\nD = 0,2 m\n\nα = D/λ\n\nα = 6,08 * 10^5\n\nCompare este valor obtido experimentalmente com o nominal citado na tabela de dados 1.\n\nO desvio de 0,8 mm pode ser considerado irrelevante.\n\nComo padrão de interferência em fenda dupla se diferencia do padrão obtido para a fenda simples?\n\nHá uma clara diferença na distância de mínimos e máximo, ocorrendo o fenômeno da interferência.\n\nCom 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 máximo central (distância D) e a distância dos mínimos ao anteparo formam um triângulo retângulo.\n\ntan θ = y/D\n\ntheta = arctan y/D\n\nUsando 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 deste gráfico?\n\nOs gráficos para as fendas duplas I, II e III estão nas figuras 7, 8 e respectivamente. Fenda Dupla III\n\n y = 0.0074 x - 0.0026\nPara Fenda Dupla I\n A = 0.0047\n λ = 1.07 * 10^-7 m\n D = 0.2 m\n a = 2.97 * 10^-5 = 297 μm\n\nPara Fenda Dupla II\n A = 0.0028\n λ = 1.07 * 10^-7 m\n D = 0.2 m\n a = 5 * 10^-6 = 50 μm\n\nPara Fenda Dupla III\n A = 0.0023\n λ = 1.07 * 10^-7 m\n D = 0.2 m\n a = 5 * 10^-6 = 50 μm\nA partir deste resultado calcule a separação da fenda dupla\nConclusão\nAtravés de experimentos práticos, as bases teóricas dos fenômenos de difração e interferência de ondas foram confirmados, com desvio bastante baixos.\nReferências\n[1] \"Atividade Prática de Difração e Interferência\", Disponível no Portal Univirtus, último acesso em 27 de junho de 2021.\n[2] \"Laboratório Virtual ALGETEC – Difração e Interferência\". Disponível no Portal Univirtus, último acesso em 27 de junho de 2021.