Prática De MICK

PRÁTICA 1 INTERFERÔMETRO DE MICKELSON

AGOSTO/2014

1.1 OBJETIVOS

• Conhecer e manipular o interferômetro de Michelson;

• Determinar o comprimento de onda da luz;

• Medir o índice de refração do ar.

1.2 MATERIAIS UTILIZADOS

• Interferômetro de Michelson;

• Base para laser;

• Laser He-Ne;

• Lente com suporte (f = 20 cm);

• Célula de vidro;

• Bomba de vácuo manual;

• Anteparo.

1.3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

No final do século XIX, tudo levava a crer que, assim como as ondas mecânicas, as ondas eletromagnéticas necessitavam de um meio material para se propagarem. E esse meio material, elástico e invisível foi denominado de éter.

Para se comprovar a existência do éter, em 1887, em Cleveland (EUA), Albert Abraham Michelson (físico) e Edward Williams Morley (químico), construíram um aparelho denominado interferômetro. Este tinha a capacidade de registrar variações de até frações de quilômetros por segundo da velocidade da luz.

O interferômetro de Michelson-Morley era constituído de instrumentos ópticos montados sobre um suporte que flutuava em mercúrio, tudo isso para reduzir o máximo possível as vibrações que possivelmente afetariam as medições.

Figura 2. Círculos concêntricos observados no anteparo do laboratório da Prática 1.

Figura 1. Ilustração do interferômetro de Michelson-Morley.

De acordo com o experimento, a propagação da luz nas direções normal e paralela à da “correnteza do éter” não alterava a sua velocidade, fato que invalidava a hipótese da existência do éter. A experiência foi repetida diversas vezes, em épocas e condições técnicas diferentes, chegando às mesmas conclusões. Dessa forma, Michelson e Morley, provaram não haver éter e propuseram que abandonassem qualquer ideia de sistema de referência universal.

1.4 PROCEDIMENTOS

PROCEDIMENTO 1: Determinação do comprimento de onda do LASER.

1.1 Ajustamos do interferômetro: Para obter o maior número possível de franjas de interferência o interferômetro foi ajustado. Para fazer isso, a lente não foi usada inicialmente. A luz do LASER incidiu sobre o espelho semitransparente, onde se dividiu. Os dois feixes resultantes foram projetados no anteparo e formaram dois pontos luminosos. Por meio de dois parafusos de ajuste, fixamos em um dos espelhos, fizemos com que os pontos de luz coincidissem. Colocamos, então a lente no feixe de luz entre o LASER e o interferômetro e ajustamos para expandir os pontos de luz de modo que obtemos no anteparo uma formação de círculos concêntricos.

1.2 Medida do comprimento de onda da luz: Para medimos o comprimento de onda, o parafuso micrométrico foi girado para uma posição inicial qualquer. Anotamos esta posição inicial, xo, na Tabela 1.1. Giramos sempre no mesmo sentido, para evitarmos erro devido a folga do parafuso, contamos o número de repetições de interferências construtivas (ou destrutivas) observadas no centro da figura de interferência. Contamos pelo menos 100 repetições e anotamos a posição final, xf. A distância L (deslocamento do espelho) é igual a x dividido por 10, devido à razão da alavanca (10:1). Lembremos também que a um deslocamento L do espelho, corresponde a um deslocamento 2L da imagem da fonte de luz produzida por este espelho, então:

(para a variação de “x” na Eq. 1.1)

Repetimos este procedimento pelo menos mais duas vezes e determinamos o comprimento de onda da luz.

Tabela 1.1. Resultados experimentais.

Xo (mm)

Xf (mm)

X (mm) (mm)

2L (mm)

m

 (nm)

Medida 1 6,12 6,46 0,34 0,034 0,068 100 680

Medida 2 6,46 6,78 0,32 0,032 0,064 100 640

Medida 3 6,78 7,08 0,30 0,030 0,060 100 600

Onde m é o número inteiro de comprimentos de onda contados.

PROCEDIMENTO 2: Determinação do índice de refração do ar.

2.1 Colocamos a célula de vidro no local apropriado do interferômetro.

2.2 Com a bomba de vácuo manual retiramos o ar lentamente da célula de vidro enquanto contávamos as repetições de interferência construtiva (ou destrutiva) que se sucederam. Anotamos na Tabela 1.2 as variações de pressão, p, para cada deslocamento (da fonte de luz virtual) de um comprimento de onda. Repetimos o experimento pelo menos três vezes.

Tabela 1.2. Variação do padrão de interferência com a pressão.

N (número de comprimentos de onda)

1

2

3

4

5

6

7

p (mbar) - 120 - 280 - 380 - 480 - 600 - 720 - 820

p (mbar) - 120 - 220 - 340 - 450 - 620 - 760 - 840

p (mbar) - 120 - 200 - 320 - 440 - 560 - 700 - 820

p médio (mbar) - 120 - 233,3 - 346,7 - 456,7 - 593,3 - 726,7 - 826,7

Pressão (po+ pm) (mbar) 893,0 779,7 666,3 556,3 419,7 286,3 186,3