Guia del professorat

Introducció

Es tracta d’un experiment que faig amb els alumnes de 2on de batxillerat dins del tema d’ones i que consisteix a deduir la longitud d’ona de la llum d’un làser fent reflectir un feix d’aquesta llum en una pinta metàl·lica.
El faig a classe i, un cop acabat, dono una mica de temps per tal que l'estudiantat en prengui algunes notes personals. Més endavant acostumo a demanar en exàmens curts alguna qüestió relativa a la comprensió de l’experiència.
Especialment aquest experiment m’agrada perquè és molt senzill de muntar i desmuntar, serveix per entendre el fenomen de la interferència, és vistós i dóna resultats numèrics bastant bons.

Descripció

En alguns llibres d’experiments he vist que es fa servir un disc de vinil o un CD per fer interferències amb l’ajuda d’un feix de llum làser. Consisteix a posar el disc pla sobre una taula com us mostra el dibuix i fer-hi reflectir, molt esbiaixat, el feix d’un llum làser que es recull en una pantalla en un extrem de l’habitació.
Aquesta experiència és molt interessant perquè s'hi pot veure la figura d’interferència amb molta més nitidesa que amb altres muntatges.
Té un defecte, i és que costa treure’n resultats pràctics perquè caldria saber prèviament el nombre de solcs del disc.
El meu cosí, l’Albert Bramon Planas, em va comentar un dia, que ho havia provat amb un regle graduat i amb una pinta, i que li anava molt bé perquè d’aquesta manera tenia la distància entre els punts de reflexió directament.
Sens dubte una pinta metàl·lica (de “pijo”) és la millor solució. Reflecteix la llum, té una part amb les dents més separades i una altra amb les pues més juntes, i és un objecte molt quotidià que no aixeca sospites de cap truc amagat.
Només cal encarar el llum làser a les pues de la pinta i a la pantalla apareixen un conjunt de punts clars i foscos molt junts (d’aproximadament 1 cm). Vegeu les figures 2 i 3.
La primera reacció dels estudiants és dir que es tracta del reflex de cada pua (encara que hi apareixen molts més punts clars que no el nombre de dents il·luminades). Només cal passar a il·luminar les pues més separades perquè s’adonin que, encara que s'ilumini un nombre menor, surten més punts clars i menys separats els uns dels altres.
No obstant això, també sol passar que algun estudiant digui que la imatge és alguna mena de filament interior del llum. Es pot respondre de manera pràctica a aquesta objecció il·luminant la part massissa de la pinta i comprovant que amb aquest reflex surt només un punt de llum a la pantalla.
Després, repeteixo l’experiència amb un disc de vinil i un CD perquè vegin que els punts d’interferència surten molt més separats i els explico que els punts màxims que veiem a la pantalla són aquells en què, per la seva posició, els feixos que surten cap a totes les direccions de les pues de la pinta hi arriben amb la mateixa fase.

Crec que hem fet la part més important de l’experiència. Malgrat això, mitjançant la geometria podem fer servir les dades experimentals que tenim per calcular la longitud d’ona de la llum del làser.
Primer explico les interferències d’una escletxa de difracció convencional:

A continuació conveteixo els feixos convergents de la pinta en feixos paral·lels amb una aproximació que, per a punts llunyans, és fàcil d’admetre (és el que s'anomena difracció de Fraunhofer: http://es.wikipedia.org/wiki/Difracción_de_Fraunhofer):

Ara, giro el dibuix fins que el primer feix que dóna un màxim es col·loca horitzontal :

Em fixo en els triangles que tenen com a altura la línia vertical del dibuix i faig les deduccions següents mitjançant la trigonometria ( tindrem en compte que si és petit (en radians) ):

Finalment, poso el valor d’x en funció de la distància entre les pues de la pinta i l'angle entre el pla de la pinta i el primer feix ( vegeu la figura 6) .

Al laboratori del meu institut tenia les dades experimentals següents:
amb la qual cosa dóna , que no està gens malament ja que el làser que tinc és d’heli-neó vermell, de 0,6328 µm.

Sumari

4/9

Inici	Com podeu col·laborar?	Subscripció
ISSN: 1988-7930    Adreça a la xarxa: www.RRFisica.cat    Adreça electrònica: redaccio@rrfisica.cat  difusio@rrfisica.cat Comitè de redacció : Josep Ametlla, Octavi Casellas, Xavier Jaén, Gemma Montanyà, Cristina Periago, Octavi Plana, Jaume Pont i Ramon Sala. Treballem conjuntament : Societat Catalana de Física, Associació de Professores i Professors de Física i Química de Catalunya,XTEC, Universitat Politècnica de Catalunya, Universitat de Barcelona
Programació web: Xavier Jaén i Daniel Zaragoza. Correcció lingüística: Serveis Linguïstics de la Universitat Politècnica de Catalunya.		Aquesta obra està subjecta a una Llicència de Creative Commons
Recursos de Física col·labora amb la baldufa i també amb ciències Revista del Professorat de Ciències de Primària i Secundària (Edita: CRECIM-UAB)