P1 de Física 4 da UFRJ - 2009.1

Considere uma rede de difração com ranhuras por milímetro. A rede é iluminada com um feixe estreito de luz verde , que incide perpendicularmente sobre a mesma.

Os feixes têm intensidade e diâmetro igual a . O padrão de interferência é formado sobre um anteparo paralelo à rede de difração situado a de distância.

1. Calcule o número de ranhuras que atuarão efetivamente como fontes secundárias (ou fontes de Huygens) nesta experiência.
2. Calcule o valor máximo da razão .
3. Calcule a diferença angular entre os dois mínimos adjacentes ao máximo central.
4. Quantos zeros há entre o máximo central e um máximo de primeira ordem?
5. Escolha uma escala apropriada e faça um esboço do gráfico da razão em função de representando o máximo central e a disposição do primeiro zero.

Um feixe de luz de comprimento de onda incide perpendicularmente sobre um filme fino de de espessura e índice de refração igual a .

Parte da luz penetra no filme e é refletida na face interna inferior do filme.

1. Calcule o número de comprimentos de onda contidos ao longo da trajetória da luz dentro do filme, desde o ponto de incidência até o ponto de saída da luz na face superior.
2. Calcule a diferença de fase entre a onda refletida na face superior e a onda emergente proveniente da reflexão na face interna inferior.

O vetor de Poynting associado com uma onda eletromagnética harmônica que se propaga no vácuo é dado por:

E é medido em .

1. Qual a direção e o sentido de propagação da onda? Justifique a sua resposta.
2. Suponha que em e no plano o campo elétrico aponte no sentido do eixo . Determine a expressão vetorial do campo elétrico associado a este vetor de Poynting.
3. Determine o vetor campo magnético associado com este vetor de Poynting.
4. Calcule o comprimento de onda e a frequência desta onda harmônica.
5. Calcule a força exercida sobre uma superfície perfeitamente refletora, perpendicular à direção de propagação da onda cuja área vale .

Em uma demonstração de interferência com ondas sonoras, cinco alto-falantes emitem ondas de frequência igual a e intensidade .

Os alto-falantes estão em fase e separados entre si por uma distância de . A disposição geométrica dos alto-falantes é mostrada na figura abaixo.

As medidas da intensidade do som são feitas por um experimentador que se posiciona sobre a reta , a do plano que contém os alto-falantes. A velocidade do som no ar nas CNTP é de .

Considere os alto-falantes como fontes puntiformes, e despreze efeitos de reflexão nas paredes do laboratório.

1. Calcule o valor máximo da razão , onde é a intensidade de um alto-falante.
2. Calcule a distância linear sobre a reta de observação entre o máximo central e um máximo principal de primeira ordem.
3. Quantos zeros há entre dois máximos principais consecutivos?
4. Faça o diagrama de fasores correspondente ao primeiro mínimo.