PE – Experiencias co kit Photonics Explorer no IES Leiras Pulpeiro de Lugo

Imaxe 4. Medida experimental do diámetro do cabelo

Determinación de lonxitude de onda láser e diametro de cabelo mediante difraccion

Belén Villar Martínez, Luís Vázquez Arias e José Manuel Traseira Meilán.
Departamento Física e Química. IES LEIRAS PULPEIRO. LUGO

No IES Leiras Pulpeiro de Lugo, realizaron a práctica de Interferencia de ondas 17 alumnos de Física de 2º Bacharelato empregando o kit de Photonics Explorer distribuido por XuvenCiencia na Aula. Esta práctica forma parte das actividades prácticas propostas polo grupo de traballo de Física das ABAU (1), que realizou unha xornada de traballo o 26 xaneiro no CFR de Lugo a la que asistimos (2).

Medición de  λ dun láser empregando unha rede de difracción de 1 mm/ 1000 liñas. 

Faise incidir, ademais do láser vermello do kit de  Photonics un láser comercial verde sobre unha rede de difracción de 1 mm/ 1000 liñas. A partir das posicións do máximo central e 2 primeiros máximos de interferencia, pódese determinar a λ do láser:  (Fig 1a e 1b)

Fig1a: Figura de interferencia do experimento de Young
Fig1a: https://www.slideshare.net/guestdf76409/experimento-doble-rendija

 

Fig1b: Figura de interferencia do experimento de Young
Fig1b: http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ondasbachillerato/Interferencias/youngDoblerendija.htm

 

 Os resultados obtidos polos alumnos foron recollidos na seguinte táboa Excel:

Grupo

Alumn@

y = a (m)

D (m)

l (m) = d.a /(D2 + a2)1/2

λ (nm)

1

CARLA

0,110

0,123

6,67E-07

667

MARINA

IRIA

2

ALBA

0,130

0,150

6,55E-07

655

MIGUEL

JUANMA

3

DIEGO

0,120

0,150

6,22E-07

622

ROMAN

PABLO L.

4

MARTIÑO

0,130

0,127

7,07E-07

707

BORJA

ALEX

5

PATRICIA

0,110

0,123

6,49E-07

649

LUCIA

CRISTHIAN

6

 

VICTOR

0,060

0,060

6,76E-07

667

PABLO V.

Resultados para a lonxitude de onda do láser:

Media <\lambda > = 661 nm

Desviación típica s(\lambda) = 28 nm

Erro típico da media (desviación típica da media): s(< \lambda > )= 12 nm

    \[ s(<\lambda > ) = s(\lambda )/\sqrt {N - 1} = 28\;{\rm{nm /}}\sqrt 5 \]

Para a experiencia co láser verde o resultado obtido por un solo grupo foi:

Grupo

a (m)

D (m)

l (m) = d.a /(D2 + a2)1/2

λ (nm)

1

0,090

0,150

5,10E-07

510 nm

Empregando unha rede de difracción de 1 mm / 500 liñas (d = 2,00 · 10-6 m), e utilizando o láser vermello de λ = 661 nm, os resultados experimentais para o cálculo da separación dos máximos (a) foi o que se amosa na táboa. Para o cálculo de a utilizouse a fórmula:

    \[ a = \sqrt{\frac{D^2 \: \lambda^2}{d^2-\lambda^2}}  \]

Cálculo de a

d (m)

λ (nm)

D (m)

a (m) teórica

a (m) experimental

Erro abs (m)

Erro rel (%)

2,00 10-6

661

0,120

0,0420

0,041

0,001

2,4

A partir destes resultados, propónselles aos alumnos a resolución das seguintes cuestións nun informe individual que deben presentar:

C1.- Calcula a lonxitude de onda do láser vermello e dun láser verde. Cos datos obtidos polos diferentes grupos, determina a lonxitude de onda coa súa incerteza expresando correctamente o resultado da medida.

C.2.- Por que  a separación entre dous máximos  é distinta para a difracción cun láser verde en comparación co láser vermello?  Cal é maior? Por que?

C.3.- Como variará a separación entre máximos se empregamos unha rede de difracción de 1 mm / 500 liñas?

 C.4.- Debuxa un esquema do experimento da dobre fenda de Young, e indica os cálculos feitos para determinar a lonxitude de onda do láser.

Determinación do espesor dun cabelo mediante difracción.

Colocando o cabelo diante do láser vermello e, a difracción do mesmo, permite determinar o seu diámetro d (Fig 2). Tómase como valor de λ o valor medio obtido no apartado anterior.

Utilizando a fórmula D (m) = 2·l·D / L

Fig 2: Interferencia nun cabello
Fig 2: http://ciug.gal/PDF/pracorientfisica18.pdf

Recollendo os datos de todos os alumnos, obtemos a táboa seguinte:               

Determinación grosor pelo

Alumn@

D (m)

y (m) = yT /n

 L (m) = 2.y

D (m) = 2. l.D / L

Grosor (μm)

CARLA

0,74

0,0046

0,0092

1,07E-04

107

MARINA

0,74

0,005

0,01

9,87E-05

98,7

IRIA

0,76

0,0055

0,011

9,21E-05

92,1

ALBA

0,6

0,005

0,01

7,86E-05

78,6

MIGUEL

0,6

0,0065

0,013

6,05E-05

60,5

JUANMA

0,6

0,006

0,012

6,55E-05

65,5

DIEGO

0,8

0,0055

0,011

9,04E-05

90,4

ROMAN

0,8

0,00505

0,0101

9,85E-05

98,5

PABLO L.

0,8

0,0055

0,011

9,04E-05

90,4

MARTIÑO

0,75

0,004

0,008

1,33E-04

133

BORJA

0,75

0,005

0,01

1,06E-04

106

ALEX

0,75

0,006

0,012

8,84E-05

88,4

PATRICIA

0,6

0,006

0,012

6,49E-05

64,9

LUCIA

0,6

0,0045

0,009

8,66E-05

86,6

CRISTHIAN

0,6

0,005

0,01

7,79E-05

77,9

VICTOR

0,56

0,006

0,012

6,31E-05

63,0

PABLO V.

0,56

0,0052

0,0104

7,28E-05

72,8

Os datos obtidos do grosor do cabelo represéntanse no seguinte diagrama (histograma):

Histograma do grosor do cabello
Diagrama 1: Histograma do grosor do cabello

Cos resultados obtidos, os alumnos responderán as seguintes cuestións:

C.5.-  Pódese determinar o grosor de diferentes cabelos, para obter un valor medio e determinar  a incerteza expresando correctamente o resultado da medida.

C.6.- Debuxa un esquema do experimento da difracción, e indica os cálculos feitos para determinar o diámetro dun cabelo.

Conclusións

A partir da realización da experiencia, que resultou moi satisfactoria e interesante para os alumnos e para nós tamén, extraemos as seguintes suxestións e conclusións:

  1. O láser verde non se pode empregar para medir o diámetro do cabelo, xa que o queima.
  2. É interesante dispoñer de redes de difracción de distinto nº de liñas/mm para comparar coa rede de  1 mm / 1000 liñas do kit de Photonics.
  3. O kit de difracción de Photonics Explorer resulta moi versátil e axeitado para esta práctica proposta  polo grupo de traballo de Física para as ABAU.

Referencias:

(1) http://ciug.gal/grupos/fisica.php

(2) https://www.edu.xunta.gal/centros/cfrlugo/aulavirtual2/course/view.php?id=935

“XuvenCiencia na Aula” e “XuvenCiencia para Profesorado” son parte do proxecto “XuvenCiencia – Fago, logo aprendo” que conta coa colaboración da Fundación Española para a Ciencia e a Tecnoloxía – Ministerio de Ciencia, Innovación e Universidades ( FECYT).

Logotipo FECYT

Deixa unha resposta

O teu enderezo electrónico non se publicará Os campos obrigatorios están marcados con *