Relatorio Interferometro de Michelson

1. INTRODUÇÃO 

Pode-se descrever a luz como uma onda de campo elétrico e magnético oscilando no espaço, quando dois feixes de luz se encontram, sobrepõe-se, dando origem ao que se conhece como interferência. Em determinados pontos a amplitude da interferência é máxima e ocorre entre duas cristas ou dois vales, diz-se também que as ondas estão em fase. Em compensação em outros pontos a interferência é mínima e ocorre entre cristas e vales simultaneamente, diz-se nestes casos que as ondas estão fora de fase. Esse fenômeno pode ser observado com um dispositivo chamado interferômetro. A interferometria é um ramo da óptica que usa o fenômeno da interferência para determinar grandezas físicas. A interferometria tem diversas aplicações, como: medição de comprimentos de onda e frequências ópticas, medição de pequenas distâncias e deslocamentos teste de componentes ópticos, sensores interferométricos, medições na escala estelar, espectroscopia, etc. [1]

Em 1887, Michelson e Morley realizaram um experimento de grande importância. O experimento do interferômetro foi planejado com a intenção de estudar o movimento da Terra em relação ao éter, o meio no qual se supunha na época deveria se propagar a luz [2]. O interferômetro de Michelson, figura 1, é um experimento baseado na divisão da amplitude da frente de onda. Um feixe de luz incide num bloco de vidro onde uma das superfícies é coberta com um filme refletor que aumenta a refletividade da interface.

[pic 3][pic 4]

A interface atua como um divisor de feixes. Um segundo bloco de vidro

(idêntico ao primeiro, mas sem o filme refletor) e dois espelhos completam o interferômetro de Michelson, como o ilustrado na figura 2.

[pic 5][pic 6]

        

O feixe da fonte é dividido em dois na interface com a superfície refletora. Um dos raios sai em direção a M1, é refletido sobre si mesmo e depois atravessa o bloco central, outro raio vai à direção de M2 e, é refletido sobre si mesmo e na superfície refletora, em direção ao detector. Como o primeiro raio atravessa o bloco de vidro duas vezes, o segundo bloco de vidro é colocado no caminho do segundo raio para compensar os efeitos da propagação no divisor de feixe. A diferença de fase entre os dois raios é determinada pela diferença de caminho óptico percorrido. À distância percorrida no vidro é igual para os dois raios, portanto a diferença é somente devido à diferença de caminho geométrico no ar [3]. Quando as ondas retornam para o espelho semitransparente, as mesmas estão defasadas, e assim se combinam, interferindo.

        Se duas ondas de mesma frequência e diferentes amplitudes e fase atingem o mesmo ponto, elas irão se superpor na forma, da equação 1:

[pic 7][pic 8]

Assim, a onda resultante pode ser descrita pela equação 2:[pic 9]

[pic 10]

Com amplitude dada por (3)

[pic 11][pic 12]

 E diferença de fase

[pic 13][pic 14]

No interferômetro o feixe de luz é dividido em dois feixes parciais pela lamina de vidro semitransparente, refletido por dois espelhos e trazido novamente para interferir outra vez após passar pela lâmina de vidro, como ilustra a figura 3. Como apenas feixes extensos de luz podem apresentar anéis de interferência, o feixe de luz é aberto através de uma lente entre o laser e a lamina de vidro.

[pic 15][pic 16]

        Se o espelho real M1 for substituído por uma imagem virtual M’2 obtida através da reflexão na lamina de vidro, um ponto P da fonte real de luz aparece como pontos P’ e P’’ de fontes de luz virtuais L1 e L2. Assim, devido aos diferentes trajetos da luz e de acordo com a figura 3 obtém-se a seguinte diferença de fase dada pela equação 5 :

[pic 17][pic 18]

Onde λ é o comprimento de onda do laser utilizado, de acordo com a equação 3 a  distribuição de intensidade para [pic 19] é:

[pic 20]

De modo que os picos ocorrem quando  for  múltiplo de 2π, ou seja,

[pic 21]

Isso significa que anéis circulares são obtidos para valores fixos e selecionados de m e d pois o ângulo permanece constante.

1. OBJETIVOS

- Identificar e controlar padrões de interferência utilizando o interferômetro  de Michelson;

 -Determinar o comprimento de onda do laser He-Ne utilizando a interferência gerada pelo aparelho de Michelson.

1. MATERIAS E PROCEDIMENTO

Para a realização do experimento foram utilizados os componentes do conjunto Phywe para o interferômetro de Michelson, figura 1:

• Michelson Interferometer
• Laser He-Ne
• Lens,mounted,f+ 20 mm
• Lens holder

[pic 22][pic 23]

         Verificou-se a tensão nominal dos equipamentos, em seguida foi retirada a lente “f +20 mm” e ajustada a altura de acordo com a altura do  interferômetro e do laser, para que o feixe do laser incida no espelho semitransparente com ângulo de 45º  dividindo os feixes. Após a divisão dos feixes eles foram  refletidos pelos respectivos espelhos passando pelo espelho semitransparente novamente e visualizados na tela. Os pontos na tela são  sobrepostos por meio do ajuste dos espelhos O ponto luminoso fica ofuscado ao colocar a lente fixa no caminho do feixe do laser, conseguindo assim um ponto luminoso sem interferência. Ajustando cuidadosamente encontra-se uma figura de interferência na forma de círculo concêntrico, como ilustrado na figura 2.

Primeiramente o parafuso do micrômetro foi colocado em uma  posição inicial, onde foi possível observar uma figura interferência escura. Iniciaram-se as medidas, girando o micrômetro foi possível visualizar na tela períodos mínimos, sendo a distância entre mínimos obtida pelo deslocamento do espelho, os valores obtidos ainda foram divididos por 10 devido a transmissão 1:10 do micrômetro.

Os períodos mínimos foram contados de cinco em cinco até 500, ou seja, foram coletados 100 dados em cada experimento. O procedimento foi executado por duas vezes, dando origem aos dados do anexo 1. Durante o experimento houve uma falha no equipamento e o laser do conjunto experimental teve de ser substituído por outro de XXXXXX(laser não sei o comp.de onda).