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)
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 
= 661 nm
Desviación típica 
= 28 nm
Erro típico da media (desviación típica da media): 
= 12 nm
![\[ s(<\lambda > ) = s(\lambda )/\sqrt {N - 1} = 28\;{\rm{nm /}}\sqrt 5 \]](https://xuvenciencia.org/blog/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f0d6dc05672230d86c666a19591b1ae7_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
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:
![\[ a = \sqrt{\frac{D^2 \: \lambda^2}{d^2-\lambda^2}} \]](https://xuvenciencia.org/blog/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f91f3535bebf46ea8cec0ae178f36ff1_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
|
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
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):
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:
- O láser verde non se pode empregar para medir o diámetro do cabelo, xa que o queima.
- 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.
- 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).
