Mesura de la separació de les pistes d’un CD i un DVD a partir d’un apuntador làser

Objectius

Introducció

Quan la llum passa a través d’una escletxa d’una amplada similar a la longitud d’ona, l’escletxa es converteix, pel principi de Huygens, en el nou focus emissor d’ones. Si en lloc d’una sola escletxa en tenim moltes, els rajos de llum que surten de cadascuna d’aquestes s’interfereixen. Els màxims d’interferència es produeixen en els punts on la diferència del camí recorregut pels diferents rajos és d’un nombre exacte de longituds d’ona.
Una xarxa de difracció és una superfície transparent a la llum on s'han fet una sèrie de línies opaques, unes 600 línies/mm, que no deixen passar la llum. . D’aquesta manera s’aconsegueixen moltes escletxes juntes.
Coneixent la distància entre les escletxes i mesurant la distància a la qual es formen els màxims d’interferència, podem calcular de manera simple la longitud d’ona de la llum que travessa la xarxa.
Farem la xarxa de difracció de constant coneguda per calcular la longitud d’ona de la llum de l’apuntador làser.
Quan la llum del làser incideix sobre un CD o un DVD, es produeix un fenomen similar: la llum làser es reflecteix als solcs del disc i els raigs reflectits s’interfereixen i donen màxims d’interferència i zones fosques. Si coneixem la longitud d’ona de la llum làser incident, podem fer el procés invers: mesurar la separació entre les escletxes de la xarxa de difracció.


Material necessari
  • Apuntador làser
    Atenció a l’ús de l’apuntador làser! Cal evitar que us enfoqui als ulls.
  • Xarxa de difracció de constant coneguda (als antics equips d’òptica d’ENOSA n’hi ha i també se’n pot demanar al CESIRE-CDEC o a alguns centres de recursos pedagògics).
  • Regle o cinta mètrica, segons les distàncies que prenem.

 

Procediment

Calibratge del làser

Fixarem la xarxa de difracció i el làser, de manera que la llum travessi la xarxa i arribi a una superfície regular on puguem mesurar les distàncies entre les primeres interferències constructives formades, tal com indica l’esquema (vegeu la figura 1). Segons la potència del làser i les característiques de l’espai on fem l’experiència, podrem allunyar més la xarxa de la pantalla i aconseguir resultats més precisos.
Hem de mesurar de forma acurada la distància de la xarxa a la pantalla i la distància x entre el punt de llum central i la primera interferència constructiva.
Trobarem l’angle a partir de .
Per minimitzar l’error, podem mesurar la distància entre les interferències constructives de cada costat i dividir per dos el resultat.
A continuació calculem la longitud d’ona de la llum a partir de , on k és la separació entre les escletxes de la xarxa.
La longitud d’ona dels apuntadors làser està indicada amb el seu marge d’error. Aprofitarem el càlcul de la longitud d’ona a partir de la xarxa per valorar el marge d’error d’aquesta longitud d’ona i plantejar també la fiabilitat dels valors de la xarxa.

 

Càlcul de la separació de pistes d’un CD o DVD

Un cop calibrat el làser farem una nova experiència per calcular la separació entre les pistes del CD i el DVD.
El procediment és molt semblant al que hem fet per calibrar el làser, amb la diferència que en el calibratge la llum làser travessava la xarxa i ara es reflecteix en les pistes del CD o DVD.
Fixarem el CD al costat d’una taula del laboratori, amb el làser a sobre la taula i fent servir una pantalla vertical (vegeu la figura 2), o el situarem horitzontalment amb l’ajut d’un suport de taula, tal com ho indiqui el professor o professora (vegeu la figura 4).
Mesurem la distància x en la primera interferència, la distància d de la xarxa a la pantalla i trobem l’angle a partir de .
Recordeu que, per evitar errors, podem mesurar la distància entre les interferències constructives de cada costat i dividir per dos el resultat.
A continuació calculem la separació entre les pistes a partir de , on k és la separació entre les pistes.


Qüestionari

Prepareu una memòria de la pràctica, que pot contenir fotografies, on hi hagi:

Calibratge del làser

Descriviu el procediment que heu seguit per calibrar el làser i indiqueu el resultat obtingut. Feu un esquema explicatiu amb les mesures.

Calculeu el percentatge d’error relatiu de la longitud d’ona del làser suposant que la separació entre les escletxes de la xarxa sigui correcta.

Càlcul de la separació de pistes d’un CD o DVD

Descriviu el procediment que heu seguit per mesurar la separació de les pistes i indiqueu els resultats obtinguts.

Quantes línies per mil•límetre hi ha en el CD i el DVD que heu estudiat?

Busqueu informació sobre la separació real de les pistes dels CD i DVD i comenteu la precisió, o falta de precisió, dels resultats obtinguts (podeu donar percentatges d’error, però heu de tenir en compte que hi ha diversos tipus de CD i DVD).

Tenint present que la capacitat d'un CD pot ser d'uns 700 Mb, mentre que la d'un DVD és d'uns 4,7 Gb, ¿estan d’acord aquestes dades amb la diferència de separació de les pistes? Comenteu-ho.

Autor d'aquesta pągina: Ramon Estius,Professor de física i química a l'IES Rafael de Campalans d'Anglès.

 

Aquesta obra estą subjecta a una
Llicčncia de Creative Commons
Creative Commons License