FUNDAMENTO TEÓRICO: Parte Dos

Transcripción

1 Experiencia P35: Intensidad de Luz en modelos de Difracción de rendija Doble y rendija Simple Sensor de Luz, Sensor de Movimiento Giratorio Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Interferencia P35 Diffraction.ds P58 Diffraction Patterns P58_DIFF.SWS Equipo necesario Cant. Equipo necesario Cant. Sensor de Luz (CI-6504A) 1 Diodo Láser (OS-8525) 1 Sensor de Movimiento Giratorio (CI- 1 Repetidor Lineal (OS-8535) ) Abrazadera (OS-8534) 1 Accesorio de rendijas (OS-8523) 1 Sistema Óptico Básico (OS-8515) 1 IDEAS PREVIAS La naturaleza ondulatoria de la de luz puede ser estudiada mediante modelos de difracción. En qué consiste la difracción y cómo pueden utilizarse los modelos de difracción para verificar la naturaleza ondulatoria de la luz? Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio. FUNDAMENTO TEÓRICO: Parte Uno En 1801, Thomas Young obtuvo una evidencia convincente de la naturaleza ondulatoria de la luz. La luz producida por una fuente simple incide sobre una rendija formada por dos hendiduras separadas por una distancia mínima. Si la luz se compone de diminutas partículas (o corpúsculos como los llamó Isaac Newton), podríamos esperar que la luz se descompusiera en dos líneas brillantes al incidir sobre una pantalla situada detrás de las hendiduras. Young observó varias series de líneas brillantes y pudo explicar este resultado como un fenómeno de interferencia de ondas. Debido a la difracción, las ondas que atraviesan las dos pequeñas hendiduras se esparcen desde los bordes de las hendiduras. Este fenómeno es equivalente al modelo de interferencia de las ondas producidas por dos piedras lanzadas en un estanque. En general, la distancia entre hendiduras es muy pequeña en comparación con la distancia desde las hendiduras hasta la pantalla donde se observa el fenómeno de difracción. Los rayos que salen desde los bordes de las hendiduras son esencialmente paralelos. La interferencia constructiva tendrá lugar sobre la pantalla cuando la distancia extra que recorren los rayos de una hendidura con relación a la distancia que recorren las ondas de la otra hendidura es un número entero de longitudes de ondas de diferencia. La interferencia destructiva tiene lugar cuando la diferencia de distancia es un número entero de semilongitudes de ondas. P PASCO scientific p. 341

2 Para dos rendijas, deberían existir varios puntos brillantes (o máximos ) de interferencia constructiva en el lado de la línea completamente perpendicular al punto medio de las dos hendiduras. FUNDAMENTO TEÓRICO: Parte Dos El modelo de interferencia producido cuando la luz monocromática atraviesa una rendija simple es similar al modelo producido por una rendija doble, pero el máximo central es bastante más brillante que los máximos del otro lado del modelo. Comparado con el modelo de rendija doble, la mayor parte de la intensidad de la luz se concentra en el máximo central disminuyendo en el resto del modelo. A menor anchura de la rendija, mayor intensidad de descomposición máxima central. RECUERDE Siga las instrucciones de seguridad. PROCEDIMIENTO En la Parte A de esta experiencia, utilice el sensor de Luz para medir la intensidad de los máximos en un modelo de difracción de rendija doble producido por un láser monocromático al atravesar una rendija doble. Utilice el sensor de Movimiento Giratorio para medir las posiciones relativas a lo máximo en el fenómeno de difracción. En la Parte B, utilice el sensor de Luz para medir la intensidad de los máximos en un modelo de difracción simple producido por láser monocromático al atravesar una rendija simple. Utilice el sensor de Movimiento Giratorio para medir las posiciones relativas de los máximos en el modelo de difracción. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para registrar y mostrar los datos de la intensidad de la luz y de la posición relativa de los máximos en el modelo y para realizar una gráfica de intensidad frente a posición. PARTE IA: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR Ranura Doble 1. Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el ordenador. 2. Conecte el sensor de Luz en el Canal Analógico A del interfaz. P PASCO scientific p. 342

3 3. Conecte las clavijas estéreo del sensor de Movimiento Giratorio en los Canales Digitales 1 y Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P35 Diffraction.ds P58 Diffraction Patterns P58_DIFF.SWS El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo ScienceWorkshop muestra una gráfica de intensidad de la luz frente a posición. La recogida de datos está fijada en 50 medidas por segundo (50 Hz). PARTE IIA: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO Rendija Doble No se necesita calibrar los sensores. Montaje del Equipo 1. Monte el Diodo Láser en un extremo del banco óptico. Conecte el láser a la red eléctrica. 2. Monte el Set Multi-Rendijas en el soporte del accesorio. Monte el soporte del accesorio frente al diodo láser sobre el banco óptico. 3. Introduzca el engranaje del repetidor lineal en la rendija al efecto en el lateral del sensor de Movimiento Giratorio. Monte la abrazadera del engranaje y ajústelo con el tornillo. P PASCO scientific p. 343

4 4. Sitúe el engranaje y el sensor sobre el repetidor lineal de modo que la parte trasera del sensor descanse sobre el borde superior de la base del repetidor lineal. Utilice los tornillos para fijar el engranaje al repetidor. 5. Retire la anilla y el tornillo de la polea del sensor de Movimiento Rotatorio de modo que no interfieran con la apertura. 6. Monte el sensor de Luz en la apertura atornillando el soporte de la apertura en el agujero de la base del sensor de Luz. 7. Introduzca el soporte en la abrazadera del extremo del sensor de Movimiento Giratorio. Apriete el tornillo de la abrazadera para fijar el soporte y el sensor de Luz. LIGHT SENSOR LIGHT SENSOR P PASCO scientific p. 344

5 8. Encienda el diodo láser. Ajuste la posición del láser y del Set Multi-Rendijas del accesorio de modo que el rayo láser atraviese una de las rendijas dobles y produzca una descomposición clara y horizontal sobre la pantalla blanca. 9. Registre el grosor de rendijas a y el espacio entre rendijas d del modelo que utilice en la sección Informe de Laboratorio. 10. Gire el disco de aperturas hasta que la rendija más estrecha esté frente a la apertura del sensor de Luz. Sensor de Luz Laser diodo Sensor rotatorio Accessorio de rendijas PREPARACIÓN DE LA RECOGIDA DE DATOS Antes de recoger datos para su posterior análisis, se debe practicar con el sensor de Movimiento Giratorio y el sensor de Luz. Desplace el sensor de Movimiento Giratorio y el sensor de Luz a lo largo del raíl hasta que el máximo de uno de los extremos del modelo de difracción esté frente a la ranura del sensor de Luz. Comience la recogida de datos. Mueva lentamente el sensor de Movimiento Giratorio y el sensor de Luz hasta que la máximo del modelo de difracción atraviese la hendidura del disco de aperturas. Cuando halla medido el modelo de interferencia completo, finalice la recogida de datos. Aparecerá Pasada #1 en la Lista de Datos. Ajuste la escala de la gráfica a los datos. Examine la curva de intensidad frente a posición. Borre los datos. Seleccione Pasada #1 en la Lista de Datos y presione Borrar ( Delete ). P PASCO scientific p. 345

6 PARTE IIIA: RECOGIDA DE DATOS Ranura Doble Desplace el sensor de Movimiento Giratorio y el sensor de Luz por el carril hasta que el máximo de uno de los extremos del modelo de difracción esté frente a la ranura del sensor de Luz. 1. Comience la recogida de datos. 2. Mueva lentamente el sensor de Movimiento Giratorio y el sensor de Luz hasta que los máximos del modelo de difracción atraviesen la ranura del sensor de Luz. 3. Cuando haya medido el modelo de difracción completo, finalice la recogida de datos. PARTE IB: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR Rendija Simple Utilice la misma configuración que en la Parte A. PARTE IIB: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO Rendija Simple 1. Sustituya el Set multi-rendijas por el Set de rendija simple en el soporte del accesorio. 2. Registre la anchura de la rendija a del patrón de rendija simple que utilice en la sección Informe de Laboratorio. 3. Apunte el láser hacia una de las rendijas simples del Set. Si es necesario ajuste la posición del láser y de los sensores de Movimiento rotatorio y de Luz de modo que el modelo de difracción esté a la misma altura que con la rendija doble. PARTE IIIB: RECOGIDA DE DATOS Ranura Simple 1. Repita el procedimiento de recogida de datos empleado en la Parte A. Aparecerá Pasada #2 en la Lista de Datos de la ventana de Configuración del Experimento. 2. Apague el láser. P PASCO scientific p. 346

7 ANÁLISIS DE DATOS 1. Ajuste la escala de la gráfica a los datos. 2. Examine la forma de las curvas de intensidad frente a posición de ambos modelos de difracción. En ScienceWorkshop, la gráfica mostrará la serie de datos más reciente. Utilice el Menú Añadir Curva para crear una segunda curva en la gráfica. Haga clic en el botón Menú Añadir Curva ( ) y seleccione Analógico A, Intensidad. Ambas curvas mostrarán la serie de datos más reciente (Pasada #2). Utilice el menú DATOS en la curva superior de la gráfica para mostrar la Pasada #1. Haga clic en el botón de menú DATOS ( ) de la curva superior de la gráfica. Seleccione No Datos para eliminar la Pasada #2. Haga clic en el botón de menú DATOS y seleccione Pasada #1. Resultado: La curva superior de la gráfica mostrará la Pasada #1 y la curva inferior la Pasada #2. P PASCO scientific p. 347

8 Informe de Laboratorio Experiencia P35: Patrones de Descomposición IDEAS PREVIAS La naturaleza ondulatoria de la luz puede ser estudiada mediante modelos de difracción. En qué consiste la difracción y cómo puede utilizarse la difracción para verificar la naturaleza ondulatoria de la luz? Datos Anchura de rendija (a) Distancia entre rendijas (d) Parte A Rendija Doble mm mm Parte B Rendija Simple mm CONCLUSIÓN 1. Compare las curvas de intensidad frente a posición del modelo de difracción de rendija doble y del modelo de difracción de rendija simple. P PASCO scientific p. 348