4302214 - Física Experimental IV (2018)

1. Familiarizar-se com o fenômeno de interferência e difração.
2. Determinar as dimensões e separações entre as fendas e a densidade de linhas da rede
   

Atividade preparatória para a tomada de dados

Nesta atividade vamos estimar as posições relativas entre o anteparo e as fendas estudadas de modo a servir como base inicial para a montagem do arranjo experimental.

Temos vários slides de fendas disponíveis no laboratório. Você não sabe, de antemão, qual slide terá disponível na sua bancada. Neste caso, para fins de estimativa, vamos supor que você terá disponível:

1. Fenda simples de largura \(10 \, \mu m\)
2. Fenda dupla de largura \(30 \, \mu m\) e separação entre elas de \(150 \, \mu m \)

O laser utilizado é o de He-Ne, com comprimento de onda de \(633 \, nm\). 

Para a fenda simples, estime a distância que devemos colocar o anteparo da fenda para que o primeiro máximo de difração (não o de interferência) esteja a 2.5 cm de distância em relação ao centro da figura de difração.

No caso da fenda dupla, estime a distância entre a fenda e o anteparo para que o primeiro máximo de interferência esteja a 3 mm do centro da figura de interferência.

Essas distâncias satisfazem a condição de Fraunhofer?

Faça os gráficos de intensidade em função da posição no anteparo para a fenda simples e para a fenda dupla (considerando interferência e difração). Use escalas adequadas para poder ver bem os máximos e mínimos de interferência e difração. Supondo que o seu anteparo tem aproximadamente 20 cm de comprimento, estime o número de pontos que você vai conseguir medir para cada uma das fendas utilizadas. 

Arranjo experimental e preparação para o experimento

Um esquema do arranjo experimental é mostrado na figura 1.

Figura 1 - Esquema do arranjo experimental utilizado.

O anteparo deve ser construído de acordo com a figura 2. Cole, com fita adesiva, uma tira de papel branco ao longo de uma régua de plástico de 30 cm. Use papel branco. Papel quadriculado cria artefatos indesejados. Usando fita adesiva, prenda a régua no anteparo de plástico branco disponível no laboratório. Assim pode-se ver mais máximos. Para cada medida, faça as marcações dos máximos (ou mínimos) no papel, usando lápis, para medida posterior. Use uma tira de papel para cada medida. Escreva no papel do que se trata.

Figura 2 - Montagem do anteparo para medida da difração.

As fendas disponíveis no laboratório estão em slides numerados, cuja tabela encontra-se neste link. Você terá que comparar suas medidas com os valores nominais. Há um tipo de slide cujos valores das dimensões estão escritos no mesmo.

É IMPORTANTE QUE VOCÊ ANOTE O SLIDE UTILIZADO PORQUE ELE DEVE SER O MESMO ATÉ O FINAL DO EXPERIMENTO!

1. Anote o número do slide utilizado. Olhe ele contra a luz e tente identificar, visualmente, as linhas de fendas simples e duplas. Você vai usar sempre a primeira fenda simples e a primeira fenda dupla, aquelas de menores dimensões. Não confunda as fendas! Um esquema do slide está representado na figura 3.
2. O alinhamento do sistema ótico é bastante importante. O laser deve incidir perpendicularmente à fenda que está sendo estudada e o anteparo deve estar bem perpendicular ao laser também. Se o alinhamento estiver perfeito as distâncias dos máximos (ou mínimos), em relação ao máximo principal do lado esquerdo, serão idênticas aos dos máximos (ou mínimos) correspondentes do lado direito. Verifique se existe essa simetria antes de fazer as marcações das distâncias. Se necessário procure alinhar melhor todo o equipamento.
   
3. Posicione o anteparo na distância calculada na tarefa preparatória. Isto deve ser feito para cada fenda, já que as dimensões delas são diferentes. Pode ser necessário ajustar um pouco esta distância, uma vez que as dimensões das fendas não são exatamente as mesmas dos slides.

Figura 3 - Esquema do slide de fendas disponível. A segunda linha, de cima para baixo mostra as fendas simples e a terceira linha, as fendas duplas.

Tomada e análise de dados

Alguns grupos acham mais fácil medir as posições dos máximos de interferência e difração. Outros acham mais fácil medir as posições dos mínimos. Faça a sua escolha consciente e justifique-a. Se tudo estiver montado adequadamente você deve observar, para a fenda simples e a dupla, imagens como as mostradas na figura 4.

Figura 4 - Imagens de interferência e difração típicas no nosso experimento.

Meça o maior número possível de máximos (ou mínimos). No caso da fenda dupla, não esqueça de identificar quais são os de difração e quais são os de interferência. Meça, separadamente, as posições de um lado e do outro, em relação ao centro da figura de difração.

Fotografe as figuras de difração medidas.

Substitua o slide pela rede de difração. Meça o maior número possível de máximos de um lado e do outro com relação ao centro da figura de difração.

Analise apropriadamente as posições obtidas para cada lado da figura. Ajuste os dados aos modelos adequados e extraia as dimensões relevantes das fendas estudadas. No caso da rede de difração, obtenha a densidade de linhas da fenda (número de linhas/cm). Compare os resultados obtidos dos dados medidos de um lado da figura com os medidos do outro lado da figura. Eles são compatíveis? Discuta os resultados. Veja se estão compatíveis com os valores esperados.

Não se esqueça de colocar os seus resultados no banco de dados para comparação com outros grupos.