Informe 9 Laboratorio de Física

Física 3 “RED RED DE DE DIF DIFRA RACC CCIÓ IÓN NY ESTUDIO DEL FENÓMENO DE DIF DI FRAC RACCIÓN”

Alumnos

: Carlos H. Yáñez J. Catherina Leiva Robles Alejandro Lepe Carrillo

Profesor

: Rodrigo Oñate G.

Fecha Entrega

: 25-05-2009

Física 3 Ayudante

: Angélica Aravena.

OBJETIVOS 

Determinar la longitud de onda de emisión del láser empleando una red de difracción de una onda electromagnética. Determinar la longitud de cada color de la luz blanca empleando una red de difracción. Determinar la longitud de onda de emisión del láser basándose en el fenómeno de difracción de una onda electromagnética en una rendija.

PLANIFICACIÓN La red de difracción es un dispositivo que permite separar ta luz en sus componentes. Existen de dos tipos: Redes de difracción por reflexión y redes de difracción por transmisión. Una red de difracción se construye haciendo ranuras o rayas paralelas igualmente especiadas en la superficie plana de un metal (red por reflexión) o de una placa de vidrio (red por transmisión). Precisamente son las ranuras las que dispersan la luz y tienen como resultado ser opacas, por lo que los espacios entre las ranuras se comportan como rendijas. Al incidir una luz monocromática (una sola longitud de onda) en una red de difracción por transmisión, las ondas emergentes se encuentran en fase e interfieren en una pantalla ya sea constructiva o destructivamente, obteniéndose un patrón de interferencia (Fig.1), que consiste en una serie de franjas de máximos y mínimos luminosos.

FIGURA 1

2

Física 3

En general, las ondas interfieren constructivamente cuando la diferencia de camino d sen θ es igual a un número entero de longitudes de onda.

Donde "d" es la distancia entre las rendijas (d puedes ser calculada sabiendo el número de líneas por mm), 6 m - ángulo bajo el cual se ve una línea o máximo de orden de difracción m,  X  - longitud de onda. Por lo tanto, para cierta longitud de onda ¡os máximos se ubicarán bajo diferentes ángulos que corresponderán a diferentes órdenes de difracción m. Esto significa que para incidencia de luz blanca en una rejilla de difracción, en la pantalla se obtendrá un patrón de difracción que contendrá todos los colores (componentes) de la luz. Calculando el ángulo bajo el cuál se ve cada color y empleando ¡a expresión (1) se puede obtener la longitud de onda correspondiente a cada color.

PARTE I. 1. Ubique inicialmente una luz láser frente a la rejilla de difracción y observe lo que ocurre en la pantalla. Se fueron formando la serie de máximos y mínimos. Mida la distancia entre el punto central y el primer máximo. Mida la distancia entre la rejilla y la pantalla y obtenga el ángulo formado. Determine con estos datos y la expresión (1) la longitud de onda del láser  2.

d = 0.000125 (m) sen θ = tg θ = 0.004/0.815 = 0.0049 (m) >>>>>> Ocupando el triangulo. d sen θ = m*λ  λ = 0.000125*0.0049/1 = 612*10^-9 (m)

3

Física 3

 PARTE II.

Ponga en lugar del láser una fuente de luz blanca para cada color que observe 2. Repita los puntos 2 y 3 de la parte I claramente en la pantalla y así determinar la longitud de onda 1.

L = 0.0013 (m), Color Violeta Azul Verde Naranjo Amarillo Rojo

d = 1.6*10^-6 (m) Angulo 14.93º 16.5º 18.43º 20.13º 21.25º 22.7º

Longitud de onda (m) 4.1*10^-7 4.5*10^-7 5.05*10^-7 5.5*10^-7 5.79*10^-7 6.17*10^-7

El fenómeno de difracción ocurre cuando las dimensiones de los obstáculos son comparables con la longitud de la onda y se hace presente en forma de una distorsión de la propagación de ésta. En este trabajo se estudia la incidencia sobre una rendija de un frente de onda electromagnética, plano monocromático emitido por un láser. El patrón de difracción que se obtiene como resultado de esta interacción, observado en una pantalla lejana a la rendija, consiste en una serie de máximos y mínimos [1,2]. De la teoría se deduce que las direcciones bajo los cuales se observan los mínimos, satisfacen la siguiente ecuación (2).

Donde: b = ancho de la rendija. m ~ número de orden del mínimo. θm = ángulo bajo el cual se observa el mínimo de orden "m". X - longitud de onda de la onda electromagnética incidente.

4

Física 3

 Figura-2. rendija.

Patrón de Difracción de una onda electromagnética en una

DESCRIPCIÓN La experiencia consiste en la utilización de un láser de Helio-Neón como fuente de onda plana, monocromática y coherente. Esta radiación incide sobre una rendija que será facilitada por el profesor, obteniéndose así el patrón de difracción. PROCEDIMIENTO

PARTE III 1.- Encienda el láser cerciorándose que la radiación incida sobre una pantalla adecuadamente alejada. 2- Interponga cerca del láser la rendija de tal manera que el patrón de difracción observado en la pantalla sea claro. 3.- Obtenga el sen θ1 para el correspondiente mínimo, utilizando la distancia desde la rendija a la pantalla y la distancia A que separa los mínimos a ambos lados del máximo central.

5

Física 3

4.- Reemplace los datos en la ecuación (2) y obtenga la longitud de onda de la radiación láser exprésela en unidades (nm) y (Á)

b = 0.00004 (m) sen θ = tg θ = 0.0159

>>>>>>>> Ocupando la fórmula propuesta en 2.-

λ = 0.00004*0.0159/1 = 636*10^-9 (m) CONCLUSIONES Y APLICACIONES Podemos concluir que en la parte 1 y 3 donde trabajamos con el mismo láser existe un pequeña diferencia entre sus longitudes, pero aun así esta dentro o se aproxima al valor de la longitud de onda del láser que es de 650*10^-9 (m); por lo que el pequeño error se debe a la dificultad de medición. En la parte 2 se obtuvieron los valores de las longitudes de onda para cada color del espectro visible, concordando estas con los valores de referencia para cada color.

6