Óptica

Difração de fenda única

Fenda única espalha luz em máximo central largo com lóbulos laterais mais fracos; primeira banda escura em a·sinθ = λ.

Difração de fenda única — simulação interativa de Óptica. Fenda única espalha luz em máximo central largo com lóbulos laterais mais fracos; primeira banda escura em a·sinθ = λ. Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.

Difração de fenda única

Uma fenda única dispersa a luz num máximo central largo com lóbulos laterais mais tênues; a primeira franja escura está em a·sinθ = λ.

Uma abertura única difrata a luz num padrão em forma de sinc. A primeira franja escura ocorre quando a·sinθ = λ, definindo a largura angular do lóbulo central. Fendas mais estreitas alargam o padrão — o limite da resolução óptica e a base das redes de difração.

• a sinθ = mλ
• Máximo central largo

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 de direção

A luz que passa através de uma ÚNICA fenda estreita também se espalha em um padrão em uma tela (difração), com uma faixa central brilhante flanqueada por franjas mais escuras. Uma fenda mais larga espalha esse padrão de difração mais ou menos do que uma fenda mais estreita?

Previsões para pesar

• Menos – uma fenda mais larga produz um padrão de difração mais estreito e confinado.
• Uma fenda mais larga espalha mais o padrão.
• A largura da fenda não afeta a propagação do padrão de difração.

Papéis variáveis

O que você definiu:

• Largura da fenda a (µm)

O que você mede:

• Primeira posição mínima y (mm)

Como funciona a investigação

1. Abra a predefinição de fenda única e pressione Redefinir. O comprimento de onda da luz é 550 nm; a tela fica a 100 cm da fenda.
2. Habilite a leitura da primeira posição mínima.
3. Defina a largura da fenda para cada tentativa e registre a posição da primeira franja escura (mínimo).

Equação governante

Mínimo de primeira difração de fenda única — a·sinθ = mλ

Uma única fenda de largura a produz sua primeira franja escura (mínimo) no ângulo/posição y = λL/a em uma tela à distância L - a MESMA fórmula do espaçamento de franja de fenda dupla, mas governada pela própria largura da fenda em vez de uma separação entre duas fendas.

O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam

• Para uma tentativa, calcule y = λL/a usando λ = 550 nm, L = 100 cm (convertendo unidades para obter y em mm - esta é a posição da PRIMEIRA franja escura, m = 1). Compare com a tabela.
• Compare o formato desta fórmula com a fórmula da franja de fenda dupla, mas observe que ela usa a LARGURA a da fenda única em vez de uma separação entre duas fendas. Explique por que uma fenda única mais estreita produz um padrão de difração central MAIS AMPLO - contrariando a intuição, mas consistente com a mesma escala 1/largura.

Onde isso aparece além do laboratório

• Essa mesma física (aberturas mais estreitas difratam mais a luz) estabelece um limite fundamental para a nitidez com que qualquer lente ou telescópio pode focar ou resolver detalhes finos – o limite de difração. Explique por que uma abertura maior do telescópio (como o espaçamento mais amplo da fenda dupla) proporciona um poder de resolução mais nítido, e não mais desfocado.
• O padrão de difração de uma fenda única tem uma banda central brilhante com bandas laterais progressivamente mais escuras; o padrão de interferência de uma fenda dupla tem muitas franjas brilhantes estreitamente espaçadas de brilho semelhante, todas dentro de um envelope de difração de fenda única mais amplo. Explique por que um experimento real de fenda dupla (com fendas de largura diferente de zero) mostra AMBOS os efeitos combinados.

• 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 fenda única
2. Selecione a fenda
3. Pressione Reproduzir
4. Máximo central largo
5. Abra o Inspetor
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