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Questão sobre Ondas: Anéis de Newton

Física

Originais Teachy

Ondas: Anéis de Newton

Difícil

(Originais Teachy 2024) - Questão Difícil de Física

Durante um experimento de interferência na disciplina de Física Avançada, um estudante se deparou com uma configuração clássica de anéis de Newton formados por incidência de luz monocromática sobre uma lâmina de ar colocada sobre uma superfície refletora plana. Observando a série de anéis concêntricos, o estudante notou que o 5º anel escuro tinha um diâmetro de 2,5 mm e o 10º anel escuro tinha um diâmetro de 4,5 mm. Supondo que a lâmina de ar tem índice de refração desconhecido, mas fixo, e que a fonte de luz utilizada emite uma faixa muito estreita de comprimentos de onda, desconsidere variações da temperatura e da pressão atmosférica que pudessem afetar o índice de refração. Com base nessas observações, determine o comprimento de onda da luz incidente e a espessura da lâmina de ar no ponto de incidência. Considere que os anéis de Newton são formados devido à diferença de caminho óptico de 1 comprimento de onda entre a luz refletida na parte superior da lâmina e a luz refletida na superfície de vidro adjacente.
a.
O comprimento de onda da luz incidente é inversamente proporcional ao número de anéis de Newton observados, sendo possível determiná-lo sem conhecer a espessura da lâmina de ar.
b.
A diferença de caminho óptico entre os anéis de Newton e a espessura da lâmina de ar são grandezas que variam com a pressão atmosférica, permitindo a sua determinação sem medição direta.
c.
A espessura da lâmina de ar pode ser determinada diretamente pela diferença de caminho óptico, independentemente do número de anéis de Newton observados.
d.
O número de anéis de Newton observados é suficiente para determinar o índice de refração da lâmina de ar, o comprimento de onda da luz e a espessura da lâmina, sem a necessidade de outras informações.
e.
Para determinar o comprimento de onda da luz incidente e a espessura da lâmina de ar, são necessários o número de anéis de Newton observados e o valor da espessura da lâmina de ar.

Gabarito:

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Os Anéis de Newton são um fenômeno de interferência de ondas produzido quando a luz é refletida entre duas superfícies, como entre uma lente plano-convexa e um vidro plano. No experimento, é usado um feixe de luz de cor azul com comprimento de onda de 450 nm e uma lente plano-convexa de distância focal de 100 mm. Ao visualizar os Anéis de Newton, o estudante percebe que o raio do sétimo anel escuro (n = 7) é de 3,5 mm. Com estas informações, realize as seguintes tarefas: a) Calcule a espessura do filme de ar no ponto em que ocorre o sétima anel escuro (n = 7). b) Agora usando um feixe de luz de cor vermelha com comprimento de onda de 650 nm no mesmo experimento, determine o raio do sétimo anel escuro (n = 7) para a luz vermelha. c) A partir dos resultados dos itens anteriores, discuta a influência do comprimento de onda no experimento dos Anéis de Newton.

Ondas: Anéis de Newton

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Na construção de dispositivos ópticos de precisão, como telescópios, os engenheiros frequentemente utilizam os padrões de interferência conhecidos como anéis de Newton para verificar a qualidade do polimento das lentes. Esses padrões são formados devido à interferência construtiva e destrutiva das ondas de luz que se refletem entre superfícies curvas e planas muito próximas. Em um laboratório, um estudante de física observa os anéis de Newton formados pela luz refletida entre uma lente esférica de raio de curvatura R e uma placa de vidro plana. Ao iluminar a configuração com uma fonte de luz monocromática de comprimento de onda λ, o estudante nota que o diâmetro do quinto anel escuro é medido com precisão. Considerando o arranjo descrito e sabendo que o índice de refração do material da lente é n, determine a espessura do ar entre a lente e a placa de vidro no ponto correspondente ao quinto anel escuro.

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Lentes: Vergência • 'EM13CNT301'

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Um ciclista está treinando para uma competição e utiliza uma bicicleta com o raio da roda igual a 0,3 metros. Durante seu treino, ele percorre uma distância de 200 metros em trajetória retilínea. A fim de calcular o desempenho do ciclista, deseja-se encontrar o deslocamento angular das rodas da bicicleta durante esse percurso. a) Determine, em primeiro lugar, o deslocamento linear relacionado ao movimento das rodas. b) Em seguida, calcule o deslocamento angular em radianos realizado pelas rodas da bicicleta durante o treino. c) Finalmente, compare os cálculos realizados para deslocamento linear e angular, explicando qual deles é mais relevante para analisar o desempenho do ciclista na situação apresentada.

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