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Difração e Interferência da luz

1. Resumo

O relatório mostrará como acontece a difração e a interferência da luz monocromática de um LASER que incide seus raios sobre uma ou duas fendas, cujos tamanhos são muito próximos ao comprimento de onda do feixe e como o tamanho da fenda (a) ou distância (d) entre duas fendas influenciarão na figura de difração ou de interferência.

2. Introdução

Difração

Denomina-se difração o desvio sofrido pela luz ao passar por um obstáculo, (sendo a abertura deste obstáculo da ordem do comprimento de onda da luz), tal como as bordas de uma fenda em um anteparo.

Observando a figura 1, difração de Fraunhofer, podemos determinar os mínimos de intensidade do espectro de difração.

a senq = ml ; m = 1, 2, 3, ...

a é a abertura da fenda e l é o comprimento da luz.

A intensidade relativa para fenda única é:

Da figura 1 podemos encontrar a seguinte relação linear entre o máximo central e o primeiro mínimo:

Onde y é a distância entre o máximo central e o primeiro mínimo de difração e D é a distância da fenda até o anteparo. [Fonte: Apostila de Física Experimental II - UEPG]

Interferência de Ondas em Fendas Duplas

Quando ondas idênticas (a menos de uma diferença de fase) provenientes de duas fontes superpõem-se em um ponto do espaço, a intensidade resultante das ondas que se combinam naquele ponto pode ser maior ou menor do que a intensidade de cada uma delas. Este efeito é chamado interferência. A interferência pode ser construtiva ou destrutiva, quando a intensidade resultante é maior ou menor respectivamente que as intensidades individuais.

Embora qualquer número de ondas possa em princípio interferir, consideramos aqui a interferência de duas ondas somente. Supomos que a fonte de cada uma delas emite em um único comprimento de onda. Supomos também que a relação entre as fases das ondas não varia com o tempo. Tais ondas são denominadas coerentes. Quando ondas coerentes interferem, a intensidade da onda combinada em qualquer ponto do espaço não varia com o tempo. A coerência é uma condição necessária para que ocorra interferência.

A figura 2 mostra a interferência e difração de luz em duas fendas:

[Fonte: http://www.escolaemcasa.com.br/professorglobal/cursos/fisica-4/FIS124/Aulas/Aula-15/aula-15.html]

Donde obtemos a equação:

Onde d é a distância entre as fendas e m=0,1,2,3,... para máximos de interferência. Para mínimos de interferência a equação fica:

A intensidade de interferência será:

A figura 3 abaixo mostra a junção interferência-difração em fenda dupla:

A separação linear entre os dois máximos adjacentes de interferência e dado por:

onde d é a distância entre as fendas e D é a distância das fendas ao anteparo.

Logo, o efeito combinado da intensidade da figura de difração e interferência é:

[Fonte: Apostila de Física Experimental II - UEPG]

3. Experimento

3.1. Material

LASER
Fendas (conjunto de fendas simples e duplas - Pasco)
Paquímetro
Trena
Anteparo

3.2. Métodos

Monte um sistema com o LASER e a fenda simples (com uma fenda), para obter a figura de difração no anteparo (Mostrado na figura 4 abaixo).
Meça os valores de y, D variando a abertura (a) da fenda. Com m=0 e 1.
Compare os valores de a obtidos com valores de a lidos diretamente na fenda.