RELATÓRIO - DIFRAÇÃO DA LUZ - FISICA EXPERIMENTAL II - UFCG, Trabalhos de Física Experimental

Baixe RELATÓRIO - DIFRAÇÃO DA LUZ - FISICA EXPERIMENTAL II - UFCG e outras Trabalhos em PDF para Física Experimental, somente na Docsity! UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA LABORATÓRIO DE ÓPTICA, ELETRICIDADE E MAGNETISMO Engenharia Fácil Interferência, difração e polarização da luz. Professor: Laerson Duarte Da Silva Turma: 01 Campina Grande - PB 2021 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ............ essere erre eeraaa ease rere rrenan serras ease treat 2 1.1 Objetivo Geral.............ceereneeceeneenencecenencerencecenencer anca cenca ces anca cone near anca case asas anca case seas asa casenes 4 1.2 Objetivos Específicos .........eeseerenenses sons enserses consenso aces come assa seas ante asa sans ans asas cansada tam anta acta aa 4 2 MATERIAL UTILIZADO 3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENT. 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 5 CONCLUSÕES. 6 ANEXOS 7 REFERÊNCIAS socos dá com polarização parcial do raio refratado, que pode ser observado ao analisar a luz que emerge após uma luz natural atravessar uma lâmina de faces paralelas e a polarização da luz por reflexão o raio refletido for perpendicular ao raio refratado. 1.1 Objetivo Geral Este relatório tem como principal objetivo através de experimentos compreender os fenômenos ópticos interferência, difração e polarização. Além disso, tem o intuito de comprovar toda a teoria por trás destes fenômenos, se utilizando de experimentos práticos. 1.2 Objetivos Específicos O experimento de Determinação do Comprimento de Onda da Luz, tem por objetivo demostrar na prática os conceitos sobre ondas, como também permitir com os dados gerados calcular o comprimento de cada onda da faixa do espectro visível da luz. O experimento de Polarização da Luz, tem por objetivo demostrar na prática os conceitos sobre ondas, Malus. ssim como verificar experimentalmente a polarização da luz e a lei de O experimento de Polarização da Luz por Reflexão, tem por objetivo demostrar na prática os conceitos sobre ondas, assim como medir o ângulo de Brewster e comparar com o índice de refração do material acrílico. 2 MATERIAL UTILIZADO Para os experimentos relatados a seguir foram utilizados os seguintes materiais: Fonte de luz branca 12V-21W, chave liga-desliga, alimentação bivolt e sistema deposicionamento do filamento; Base metálica 8x70x3cm com duas mantas magnéticas e escala lateral de 700mm; Lente de vidro convergente biconvexa com 050mm, DF 100mm em moldura plástica com fixação magnética; Lente de vidro biconvexa com (050mm, DF 100mm em moldura plástica comfixação magnética; Lente de vidro convergente plano-convexa com ()60mm, DF 120mm em molduraplástica 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; Um diafragma com uma fenda; Um anteparo para projeção com fixador magnético; VVVVVVNNVNNNN NO NO NY wv 3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Experimento 1 - Determinação do Comprimento de Onda da Luz Para iniciar o experimento, montou-se a conforme figura a seguir: Figura 1: Montagem para o experimento Determinação do Comprimento de Onda da Luz. Q 982 dp Fonte: Azeheb - Laboratório de Física. Colocou-se na frente da fonte luminosa à 4cm uma lente convergente de distância focalf = Sem. 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- sea 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 14 cm do anteparo de projeção (a = 0,140m). Mediram-se as distâncias X do centro de cada cor até ocentro da fenda projetada. Calculou-se a constante de rede de difração que tem 500 linhas por milímetro: 1 1 D=———— = — nºlinhas/mm 500 D = 0,002mm(10"m) = 2000nm(10-“m) O comprimento de onda À de cada tipo de radiação observada é calculado através de: Experimento 2 - Polarização da Luz Para iniciar o experimento, montou-se a conforme figura a seguir: Figura 2: Montagem para o experimento Polarização da Luz. Fonte: Azeheb - Laboratório de Física. 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. segundo, fazendo com que a projeção luminosa no anteparo desaparecesse. Experimento 3 - Polarização da Luz por Reflexão Durante os procedimentos experimentais, percebeu-se que a partir de um ângulo de 40º,0 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 55º, denominado ângulo de Brewster. Também foi medido o ângulo entre o raio refletido e o raio refratado, resultando aproximadamente em 90º. Em relação a direção da polarização, 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: n,sen9;,=n,send, Logo, n;sen9,=n;sen(90º-0,) Aplicando a propriedade trigonométrica: sen(a+ B) = sena.cosP +cosasenB msenBe = n: (sen90º cosB — cos 90º senBs) n,senO, = n, cos, senB,/cos6,= mr /n, tg9;=h2/n, Portanto, substituindo na fórmula: tgos = tg (55º) = 1,428 O valor do índice de refração encontrado para o acrílico em experimento anterior foi de1,50. Calculando o erro percentual: |1,428-1,500] E= Tas X 100 = 5,0% Portanto, se considerarmos um erro experimental de 5%, o erro encontrado foi igual o erro tolerável. Por o erro ser igual 5%, que é o maximo permitido, podemos concluir que o resultado está entre os padrões desejados. Podemos citar também, que pode ter ocorrido falhas na observação do ângulo em questão ou erros no cálculo do índice de refração do experimento anterior. Por fim, a tangente do ângulo de Brewster que foi 1,428 é diferente do índice de refração do material que foi 1,500. 5 CONCLUSÕES No 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. No experimento 2, foi possível observar o fenômeno da polarização através de equipamentos denominados polaroides, fabricados para polarizar uma determinação direção de propagação da luz. Os resultados esperados foram obtidos quando a utilização dos mesmos. No experimento 3, foi possível perceber uma nova forma de polarização da luz, que foi a polarização por reflexão. Analisou-se esse fenômeno de forma prática, foi medido o ângulo de Brewster, encontrou-se o valor para o índice de refração do acrílico e comparou os resultados entre eles, que apresentaram valores distintos. 6. ANEXOS UFCG / CCT /UAF - DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL II PROFESSOR: DATA: / / PERÍODO: 2020.3 ALUNO(A): TURMA: PREPARAÇÃO DE DIFRAÇÃO - ÓPTICA FÍSICA 1. A natureza da luz sempre foi um dos temas que sempre chamaram a atenção dos grandes cientistas da humanidade. Desde a Antiguidade (300 a.C.) com Euclides até Einstein e Planck, no séc. XX. Hoje em dia, duas teorias que explicam a natureza da luz são aceitas: a teoria corpuscular e a teoria ondulatória. Comente este conceito do comportamento da Luz, dualidade onda-partícula. R: Atualmente temos o conceito dual para a natureza da Luz, que consiste na união das ideias da teoria corpuscular e a teoria ondulatória. A teoria corpuscular foi defendida por Newton, que a sustentava, através de um ponto que a teria ondulatória não abrangia, segundo ele quando o som que é uma onda, encontra um obstáculo, por exemplo uma parede, ela irá contorna-la e chegará ao outro lado, porém se isso ocorre com a luz este fenômeno não acontece, assim ele concluiu que a onda se comportaria como uma partícula. No ano de 1677, Huygens havia lançado a teoria ondulatória da luz. Ele classificou a luz com uma onda, pois achava que a luz vibrava os pontos do meio, da mesma forma que o som o faz. a teoria da luz começou a ganhar força quando o físico e matemático Young montou um experimento que foi capaz de mostrar que a luz sofria difração. Podemos afirmar que quando a luz se propaga no espaço, ela se comporta como onda, mas quando a luz incide sobre uma superfície, passa a se comportar como partícula. 2. O que é Difração da Luz? Comente dando exemplo. R: A difração é a propriedade que as ondas têm de contornar obstáculos ou passar por um orifício quando são parcialmente interrompidas por eles. Uma janela em um quarto podemos entender que acontece a difração, pois se comporta como uma fenda e a luz ao passar por ela sofre desvio iluminando o quarto. 3. O que é Polarização da Luz? Comente dando exemplo. R: A polarização é quando as ondas eletromagnéticas, nas quais elas são selecionadas e divididas conforme a orientação de sua vibração. Um exemplo bem claro são, as lentes polarizadas, que funcionam como filtro protegendo a vista da radiação UV, de grande intensidade de luz e também de reflexos nas lentes. 4. Explique como procedemos experimentalmente, para determinar o comprimento de uma onda da Luz (onda eletromagnética). R: Através de um espectro de luz, uma lente convergente, um diafragma com uma fenda. A partir disso com uma distância focal programada foi projetada a fenda no anteparo (a = 0,140). Por fim mede-se as distâncias X do centro de cada cor até o centro da fenda, calculou-se a constante de rede de difração que tem 500 linhas por milímetros. Feito isso, só resolver a equação de comprimento usando os valores encontrados. 5. Explique o que é Polarização por reflexão. Comente a relação desse conceito com a aplicação de fibra óptica.