PUC, Física 4, P2 2017.1, 2
Uma rede de difração de 346 ranhuras/mm é iluminada perpendicularmente por um feixe de luz que contém os comprimentos de onda 362 nm e 725 nm.
(a ) Encontre as menores ordens m para as quais há superposição das franjas brilhantes dos dois comprimentos de onda. Calcule o ângulo θ na qual se formam.
(b ) Calcule a maior ordem para a qual o maior comprimento de onda está presente.
Passo 1
No primeiro item temos que mostrar qual a menor ordem m para o qual a superposição das franjas brilhantes provenientes de dois comprimentos de ondas diferentes.
Antes de tudo devemos lembrar que a fórmula para máximos de interferência é dada por
Como aqui temos dois raios diferentes, podemos definir uma fórmula de máximo de interferência para cada um deles, nesse caso teríamos o seguinte
Mas pensa nos seguinte, queremos que o máximo de interferência seja afetado tanto pela onda quanto pela onda , para que isso aconteça temos que garantir que , ou ainda que .
Se os senos são iguais, assim com o valor de podemos afirmar então que
E escrever essa equação da seguinte maneira
Em que temos
Fazendo essa relação teremos
Como queremos a ordem mínima teremos que no mínimo
E
Como também nos é pedido o ângulo, basta escolher uma das equações e isolar o valor do ângulo, vamos nesse caso pegar a primeira equação
Antes de prosseguirmos precisamos saber o valor de .
Sabemos que são 346 ranhuras em 1mm, ou seja, eu posso afirmar que a distancia entre cada ranhura é dada pela divisão desses 1mm para todas as 346 ranhuras, dessa forma teremos que
Substituindo esses valores na nossa equação teremos que
Passo 2
Aqui devemos tomar alguns cuidados, conceitualmente vamos tomar a seguinte atitude nesse item, vamos considerar válida a difração de Fraunhofer para grandes ângulos. Nesse caso isso é o mesmo que dizer que vamos considerar que é o máximo ângulo de difração que podemos estar considerando, substituindo isso na fórmula e lembrando que nos é pedido a maior ordem para que o MAIOR comprimento de onda estará presente. Olhando a nossa fórmula teremos
Em que
Substituindo, teremos
Fazendo isso calculamos que o valor de será
Como só podemos considerar m como um numero inteiro devemos escolher ou m=4 ou m=3.
Mas pensa no seguinte, se somente até m=3,98 temos presença do maior comprimento de onda, para m=4 ele não estará mais presente, então nesse caso escolhemos o valor de m=3.
Resposta
a)
.
.
b)