relatorio difracao da luz

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO 
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia – CCET 
Departamento de Física 
Disciplina: Física Experimental II 
Professor: Paulo Rogério Dias Pinheiro 
 
 
 
 
 
 
Relatório da aula prática n 2ª 
Difração da luz 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Luís – MA 
2023 
Alunos: 
 ANA CAROLINE SANTOS ALMEIDA 
CARLOS CEZAR ARAGÃO DE SOUSA FILHO 
JEOVANE LIMA DE MOURA 
 MICHAEL MAGALHAES FERREIRA 
LUCAS NOGUEIRA FURTADO 
 
 
 
 
 
Relatório da aula prática n 2ª 
Difração da luz 
 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado ao curso 
bacharelado de ciência e 
tecnologia, sob a supervisão do 
professor: Paulo Rogério, com um 
dos pré-requisitos para a avaliação 
da disciplina de Física 
Experimental II. 
 
 
 
São Luís – MA 
2023 
SUMÁRIO 
 
 
RESUMO ...................................................................................................................... 4 
INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 5 
ABORDAGEM TEÓRICA ............................................................................................. 6 
METODOLOGIA ........................................................................................................... 7 
DISCUSSÃO E RESULTADOS .................................................................................... 8 
CONCLUSÃO............................................................................................................... 9 
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ................................................................................. 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Apresenta-se, neste relatório, a construção de um mecanismo para a realização 
de uma atividade experimental que visa à visualização dos fenômenos da 
difração da luz. Esta experiência possibilita observar o comportamento da luz 
através de uma única fenda produzida efeitos de interferência. Os métodos 
utilizados baseiam-se em analisar e estudar o fenômeno da luz difracionada por 
apenas uma fenda, tal procedimento pode-se verificar nos experimentos de 
Thomas Young (1773 - 1829) que construiu geometricamente o percurso no 
espaço das figuras da difração e concluiu que o lugar geométrico de interferência 
teria a forma de parábolas. Assim, os resultados obtidos e o fenômeno da 
difração da luz, com esse contexto, desenvolve-se de maneira detalhada dos 
aspectos e conceitos, visando contribuir à discussão na física experimental. 
Palavras-chaves: experimento, difração, luz. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 INTRODUÇÃO 
 
As ondas é um campo que tem sido estudado como tópico de grande 
importância para a física óptica. ao passar por uma abertura, a luz por exemplo se 
espalha em muitas direção e forma padrões de interferência que pode ser observado 
em uma tela. Como afirmou Richard Feynman, "não importa como você olha para a 
natureza, ela é sempre mais surpreendente do que você imagina." (Feynman, 1985). 
Nesse sentido, o experimento de difração de luz é uma ferramenta valiosa para 
explorar as propriedades da luz e entender a natureza dos fenômenos de 
ondulatória. 
 
A onda eletromagnética que comumente é chamada de luz se propaga em 
linha reta, porém há casos que ela pode tomar um movimento bem diferente, 
contornando barreiras e se espalhando de maneira nada retilínea. As ondas 
possuem essa característica de contornar barreiras no qual passam por fendas e se 
espalham esta propriedade é chamada de difração. 
 
 Visto que a difração da luz quando esta passa por um orifício ou fenda, que 
seja próxima do seu comprimento de onda. A luz atravessa a fenda e se espalha de 
uma forma arredondada, conforme essas ondas vão se “misturando”, elas 
interferem-se formando franjas claras e escuras. 
 
 O presente trabalho tem como objetivo principal relatar o experimento realizado 
sobre a difração da luz, pondo à luz os dados obtidos e verificando se eles 
correspondem aos dados compreendidos na literatura. O experimento realizado foi 
conhecido por difração por fenda única, cuja algumas de suas características já 
foram citadas mais acima, sua primeira realização foi feita no início do século XIX, 
explicando mais detalhadamente o experimento, ele consiste em fazer um feixe de 
luz passar por uma pequena fenda e conforme as ondas formadas do lado oposto 
do obstáculo se interferem, pode-se ver no anteparo franjas claras e escuras, as 
claras sendo visualizadas quando o pico de uma onda encontra o pico de outra e as 
franjas escuras quando o pico de uma onda encontra o vale de outra. 
 Este experimento tem como meta é investigar a difração da luz e verificar 
se os resultados obtidos são consistentes com a teoria de Young. Para isso, é 
utilizado um feixe de luz laser e uma tela com um padrão de difração. O feixe de 
luz laser será direcionado para a tela e, ao passar pelo padrão de difração, será 
desviado para diferentes direções. A quantidade de desvio será medida e 
comparada com a teoria de Young. 
 
 
 
 
 
 
 ABORDAGEM TEÓRICA 
A difração da luz é um fenômeno que ocorre quando a luz é desviada por um 
objeto ou passa por uma abertura. É uma consequência da onda natureza da 
luz, que se manifesta através de padrões de interferência e de difração. O 
fenômeno da difração foi descrito pela primeira vez por Christiaan Huygens, 
que observou que a luz se comporta como ondas quando encontra obstáculos 
ou aberturas. Como ele descreveu em seu trabalho de 1690, “Traite de la 
Lumiere”: “Toda partícula de luz que é emitida de um ponto de fonte se espalha 
em todas as direções a partir deste ponto, e cada partícula desta luz atua como 
uma fonte de ondas, que se propagam no espaço” (Huygens, 1690). A partir 
desta observação, Huygens desenvolveu o princípio da luz, que explica como a 
luz se propaga e se difrata quando encontra obstáculos. 
De acordo com Born and Wolf (2002), na difração é o padrão de interferência 
que se forma é determinado pela geometria da abertura e pela direção em que 
a onda é emitida. Isso significa que, ao passar por uma abertura, a luz se 
espalha em muitas direções, de modo que é possível observar o padrão de 
interferência em uma tela que esteja posicionada além da abertura. Um dos 
tipos mais comuns de experimentos de difração de luz envolve a utilização de 
uma fenda estreita iluminada por um feixe de luz. 
De acordo com Hecht (2001), esse experimento pode ser utilizado para medir o 
comprimento de onda ou a frequência da luz usada, já que o comprimento de 
onda é uma propriedade importante para determinar o padrão de interferência 
formado. 
O experimento de difração de luz tem diversas aplicações na realidade, como 
na produção de hologramas, microscopia e análise de materiais. Além disso, é 
um experimento importante para entender a natureza da luz e os fatos 
relacionados à ondulatória. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
METODOLOGIA 
Procedimento Experimental 
Neste experimento foi usado um laser, uma fenda com dois comprimentos de 
largura, o primeiro com 0,1mm e o segundo com 0,2mm, foi utilizado um 
anteparo para o estudo e cálculo da difração do laser, para calcular a distância 
do anteparo para a fenda foi utilizada uma trena, e para calcular o comprimento 
da difração do laser foi utilizado um paquímetro. Nesse sentido o experimento 
foi dividido em duas partes: 
Primeira Situação: Foi posicionado a fenda à uma distância de 1 metro do 
anteparo, alterando por duas vezes a largura da fenda. Sendo feito o cálculo do 
comprimento de onda logo em seguida. 
Segunda Situação: Da mesma forma da primeira situação, foi posicionado a 
fenda a uma distância de 2 metros do anteparo, também alterando a largura da 
fenda por duas vezes. Sendo feito o cálculo do comprimento de onda logo em 
seguida. 
No geral, durante o experimento, pode-se perceber que o efeito da difraçãofoi 
alterado todas as vezes ao mudar a largura da fenda, ou a distância, tendo o 
comprimento. 
 
(Imagem 1) (Imagem 2) (Imagem 3) 
Fotografias registradas durante o experimento no laboratório. 
 
Materiais Utilizados 
• Laser - Imagem 2 
• Anteparo - Imagens 1, 2 e 3 
• Duas Fendas, uma de 0,1 e outra de 0,2 mm de largura - Imagem 2 
• Paquímetro 
• Trena 
DISCUSSÃO E RESULTADOS 
Logo após feito os experimentos e com os resultados de tal em mão, é possível 
determinar o comprimento de onda da luz emitida pelo laser usado. Para a 
obtenção dos resultados duas fórmulas foram utilizadas, uma para determinação 
do Ym (Ym = dis.fran/2) e outra para encontrar o valor do comprimento de onda 
do laser (com.onda = a*Ym/m.x), onda “a” representa a largura da fenda, “m” que 
é usado para identificar uma franja em específico, “Ym” que é obtido usando a 
fórmula anterior e "x" que é a distância da fenda ao anteparo. 
No experimento só foi usado o valor de 1 para o “m”, para o valor de Ym medido 
usou-se a distância entre as duas franjas escuras centrais e dividindo o valor por 
2 como já foi citado anteriormente. 
Tabela com valores dos resultados encontrados: 
Largura da Fenda Ym para X = 1 m Ym para X = 2 m 
0.1 mm 6.82 mm 12.5 mm 
0.2 mm 3.15 mm 6.5 mm 
 
De acordo com a Literatura o comprimento de onda da luz vermelha utilizada no 
experimento fica entre uma faixa de 650 nm (nanômetros) e 740 nm, com uma 
precisão de +-5 nm. 
Utilizando-se a fórmula para se determinar o comprimento de onda já citada 
acima neste relatório, chega-se aos seguintes valores para os comprimentos de 
onda por meio dos valores de X, Ym, m que vale 1 e não muda, e largura da 
fenda. 
Na tabela a seguir está expresso o valor do comprimento de onda encontrado 
por meio dos dados extraídos da parte experimental. 
Largura da 
Fenda 
Comprimento de onda para X = 
1 m 
Comprimento de onda para X = 
2 m 
0.1 mm 682 nm 625 nm 
0.2 mm 630 nm 650 nm 
 
Analisando os valores da tabela acima obtidos com os dados extraídos do 
experimento, pode-se concluir que o experimento foi bem-sucedido, pois o 
comprimento de onda do laser ficou no intervalo de comprimento esperado. 
CONCLUSÃO 
 Em suma, a difração da luz por fenda única é um fenômeno interessante e 
importante para entender como a luz se comporta ao passar por uma abertura 
pequena. após apresentação dos referenciais teóricos no qual foi passando 
durante o experimento, desenvolveu-se os cálculos das dimensões da fenda e a 
distância entre ela e a “tela”, além de entender como a luz é afetada pela 
interferência construtiva e destrutiva. Pode-se comparar o padrão de difração 
gerador de ondas. No exemplo da imagem 4 abaixo pode-se analisar o 
procedimento do experimento. 
Imagem 4 
 
Fonte: UFMG 
Com isso, todos os pontos vão funcionar como se fosse fonte de uma onda que 
eles vão interferir entre si e o resultado da interferência será o surgimento das 
franjas, o qual a franja do meio é bem brilhante, de tal ponto vai surgindo outros 
tipos de franjas que não são tão brilhantes comparada com a do meio. Logo, ao 
verificar obtivemos os valores do comprimento que se identifica o espaçamento 
entre as fendas é de: fenda 0,1mm =6,82 mm. 12,5 mm. fenda 0,2mm = 3,15mm, 
6,5 mm. Portanto, quanto maior o comprimento da onda da luz percebe-se 
quanto mais acentuado é o efeito da difração, ou seja, os pontos ficarão mais 
brilhantes e mais espaçados. 
O experimento também mostrou que a intensidade da luz diminui à medida que 
a distância entre as fendas aumenta, assim como a largura dos picos de difração. 
Além disso, o experimento também mostrou que o ângulo de difração aumenta 
à medida que a distância entre as fendas aumenta. Estes resultados mostram 
que a luz se comporta como uma onda quando passa por fendas estreitas, 
confirmando assim as leis da ótica ondulatória. 
 
 
 
 
 
 
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 
 
C. Ventus Experimental Science,Disco Hartl Completo, 2000-202. disponível em: 
. Acesso 19 de 
abr. 2023. 
 
D. Halliday, R. Resnick and J. Walker; Fundamentals of Physics Extended, Fifth 
edition, JOHN WILEY & SONS, INC. 
 
Difração da luz por fendas-Laboratório de ensino de óptica, Instituto de Física Gleb 
Wataghin - UNICAMP - disponível em: https://sites.ifi.unicamp.br/laboptica/roteiros-
do-laboratorio/3-difracao-de-fendas/ . Acesso 19 de abr. 2023 . 
 
E. Hecht and A. Zajac; Optics, ADDISON-WESLEY PUBLISHING COMPANY 
 
F. A. Jenkins and H. E. White; Fundamentals of Optics, McGRAW-HILL 
INTERNATIONAL EDITIONS. 
 
H. D. Young, R. A. Freedman, Física IV: Óticas e Física Moderna. Pearson Education 
do Brasil. ed. 14. São Paulo, 2016. 
 
Padrão de difração de um conjunto de n fendas não simétricas e de larguras 
arbitrárias - disponível 
em: https://www.scielo.br/j/rbef/a/jxkXDVCjYsKR44HWRvRbkqQ/?lang=pt . 
Acesso 19 de abr. 2023. 
 
Um experimento portátil para óptica física: difração e polarização - disponível em: 
https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47107 Acesso 19 de abr. 2023. 
 
E. Hecht. Optics. edition 4ª. 2001. 
 
https://www.ventusciencia.com/disco-de-hartl-completo.html#tabs
https://sites.ifi.unicamp.br/laboptica/roteiros-do-laboratorio/3-difracao-de-fendas/
https://sites.ifi.unicamp.br/laboptica/roteiros-do-laboratorio/3-difracao-de-fendas/
https://www.scielo.br/j/rbef/a/jxkXDVCjYsKR44HWRvRbkqQ/?lang=pt
https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47107