Uma rede de difração tem 800 réguas por milímetro. Um feixe de luz contendo comprimentos de onda de 500 a 700 nm atinge a grade. Os espectros de ordens diferentes se sobrepõem? Monte sua resposta com a devida análise usando as expressões pertinentes para redes de difração e a faixa de comprimentos de ondas dada.
Passo 1
Vamos resolver o exercício sobre redes de difração! Primeiro, vamos entender o que está sendo pedido. Temos uma rede de difração com 800 réguas por milímetro e um feixe de luz com comprimentos de onda que variam de 500 a 700 nm. A pergunta é: os espectros de ordens diferentes se sobrepõem? Para resolver isso, vamos precisar usar as fórmulas das redes de difração e analisar como as diferentes ordens de difração se comportam dentro da faixa de comprimentos de onda fornecida.
Passo 2
Primeiro, vamos encontrar o espaçamento entre as réguas da rede de difração, que chamamos de
. Sabemos que há 800 réguas por milímetro, então:
Passo 3
A equação fundamental para redes de difração é:
onde:
-
é o espaçamento entre as réguas, -
é o ângulo de difração, -
é a ordem da difração, -
é o comprimento de onda da luz.
Nosso objetivo é descobrir para quais ordens
temos soluções reais para
, ou seja, onde
não excede 1.
Passo 4
Vamos rearranjar a equação para encontrar
:
Sabemos que
, então o valor máximo de
para cada
é:
Vamos calcular
para os comprimentos de onda extremos, 500 nm e 700 nm.
Passo 5
Convertendo os comprimentos de onda para metros:
Agora, calculamos
:
Para
:
Para
:
Isso significa que para
nm, até a ordem 2 é possível, e para
nm, apenas até aproximadamente a ordem 1 é viável.
Passo 6
Como as ordens superiores a 1 para
nm atingem
, precisamos verificar se, nessas ordens, os comprimentos de onda se sobrepõem.
Para a primeira ordem (
):
Para a segunda ordem (
) e
nm:
Isso mostra que a segunda ordem existe para
nm, mas para
nm,
é menor que 2, ou seja, não há segunda ordem.
Passo 7
Para verificar a sobreposição, comparamos as posições das diferentes ordens para os comprimentos de onda dados.
Na primeira ordem (
):
Para
nm:
Para
nm:
Na segunda ordem (
) para
nm:
Observamos que a segunda ordem para
nm (
) não interfere com a primeira ordem para
nm (
). Portanto, não há sobreposição entre os espectros das ordens diferentes dentro da faixa de comprimentos de onda fornecida.
Resposta
Não, os espectros de ordens diferentes não se sobrepõem dentro da faixa de comprimentos de onda de 500 a 700 nm para a rede de difração considerada.
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em que
é a densidade de energia em função de
. Demonstre que
Dica: lembre que
e portanto
.
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e
. Se a distância de separação entre as placas é
, e estas são afastadas de
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Resposta: (a) (b)
©
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