Óptica

Grade de difração

Muitas fendas afiam os máximos em ordens finas e brilhantes em d·sinθ = mλ — base de um espectrômetro.

Grade de difração — simulação interativa de Óptica. Muitas fendas afiam os máximos em ordens finas e brilhantes em d·sinθ = mλ — base de um espectrômetro. Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.

Rede de difração

Muitas fendas afinam os máximos em ordens brilhantes estreitas em d·sinθ = mλ: base de um espectrômetro.

N fendas paralelas interferem construtivamente em ângulos que satisfazem d sinθ = mλ, concentrando a energia em ordens espectrais nítidas. O poder de resolução é R = mN — mais fendas iluminadas afiam as ordens e melhoram a resolução do comprimento de onda — por isso redes com muitas linhas muito próximas substituem prismas em espectrômetros de precisão.

• d sinθ = mλ
• Ordens nítidas

Resumo da investigação

Planeje a pergunta antes de abrir o laboratório

O resumo espelha a página pré-renderizada: a pergunta orientadora, as previsões concorrentes, os papéis das variáveis, as leis governantes, a configuração e os prompts de análise e extensão permanecem visíveis e nesta ordem.

Pergunta norteadora

Uma rede de difração possui centenas de fendas paralelas muito próximas entre si (medidas em linhas por milímetro). Uma rede com MAIS linhas por milímetro difrata a luz para um ângulo maior ou menor?

Previsões para pesar

• Ângulo maior – mais linhas por mm significa um espaçamento menor entre as fendas, o que espalha o padrão de difração para um ângulo mais amplo.
• Uma grade mais densa fornece um ângulo de difração menor.
• O ângulo de difração não depende de linhas por mm.

Papéis variáveis

O que você definiu:

• Linhas por mm

O que você mede:

• Ângulo de primeira ordem θ (°)

Como funciona a investigação

1. Abra a predefinição de grade e pressione Redefinir. O comprimento de onda da luz é 500 nm.
2. Ative a leitura do ângulo de difração de primeira ordem.
3. Defina a densidade da linha da grade para cada tentativa e registre o ângulo da franja brilhante de primeira ordem.

Equação governante

Equação de rede de difração — d·sinθ = mλ

Uma grade com espaçamento entre fendas d produz franjas brilhantes onde d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3... para ordens sucessivas). Uma rede mais densa (menor d, mais linhas por mm) difrata um determinado comprimento de onda para um ângulo maior.

O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam

• Para uma tentativa, calcule o espaçamento entre fendas d = 1/(linhas por mm) em mm e, em seguida, resolva d·sin θ = λ para θ, usando λ = 500 nm (convertendo as unidades com cuidado). Compare com a tabela.
• Explique por que uma densidade de linha MAIOR (mais linhas por mm) significa um espaçamento de fenda d MENOR, o que - uma vez que d·sinθ = λ - requer um ângulo θ MAIOR para satisfazer a mesma condição de comprimento de onda.

Onde isso aparece além do laboratório

• As redes de difração são o coração da maioria dos espectrômetros: diferentes comprimentos de onda difratam em diferentes ângulos da mesma rede, separando espacialmente o espectro de uma fonte de luz para análise. Explique por que uma rede mais densa (mais linhas por mm) oferece MELHOR resolução de comprimento de onda – ela espalha uma determinada faixa de comprimento de onda por uma faixa angular mais ampla.
• O arco-íris colorido que você vê refletido em um CD ou DVD é o comportamento da rede de difração – as trilhas de dados espaçadas do disco agem como uma rede de reflexão. Explique por que inclinar um CD em ângulos diferentes revela cores diferentes com mais brilho.

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.3 Wave phenomena
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Bem-vindo à rede de difração
2. Selecione a rede
3. Pressione Reproduzir
4. Ordens espectrais nítidas
5. Abra o Painel de propriedades
6. Você conseguiu!

Abra a simulação interativa para construir a cena, pressione Reproduzir e explore com medições em tempo real e um tutorial guiado.

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Interferência & Difração