Laboratorio di onde II anno CdL in Fisica

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1 Laboratorio di onde II anno CdL in Fisica Misura 8a Diffrazione Strumentazione richiesta Vaschetta WA-9773 Barriera dritta lunga (2) Barriera dritta corta Righello trasparente Sorgente di luce alogena puntuale da 50W- WA-9776 Generatore di onde - WA-9777 Attuatore per onde piane Goniometro Carta (40 cm x 40 cm) o macchina fotografica Obiettivo 1 Determinare la dipendenza dalla dimensione dell apertura e dalla lunghezza d onda della figura di diffrazione. Impostazione dell apparato Attuatore: Barra lineare Profondità dell acqua: 7 mm Profondità dell attuatore: immerso sotto la superficie per 1 mm Frequenza: 10Hz (E) Ampiezza: 4 - Riempire la vaschetta con acqua fino ad un altezza di 7 mm così che l acqua sia di poco al di sopra del gradino della guarnizione in gomma. - Portare la vaschetta a livello. - Inserire l attuatore nel generatore di onde ed aggiustare la barra in modo che la stessa sia a livello con la superficie dell acqua. - Abbassare il generatore d onde in modo che l attuatore sia immerso a metà. - Allentare la manopola della fase (phase lock knob), impostare la fase a zero e fissare la manopola. - Impostare la manopola dell ampiezza a 4. - Impostare la manopola della frequenza su E. - Inserire la spina del generatore in una presa. 1

2 Misura - Mettere le due barriere lunghe ad una separazione d pari a 4,5 centimetri l una dall altra come in figura Accendere la lampadina alogena ed aumentare lentamente la frequenza di illuminazione in modo da ottenere un immagine proiettata stabile. Leggere la frequenza e riportarla nella tabella dati. - Acquisire una foto dello schermo. - Ripetere la procedura variando la separazione d fra le barriere a 3 cm, 1,5 cm e 0,5 cm. Elaborazione immagini - Per ognuna delle 4 immagini acquisite, tracciare sulla stampa della foto acquisita la posizione delle barriere e dei fronti d onda uscenti. - Misurare la lunghezza d onda λ. 2

3 Tabelle dati N. misura Frequenza (Hz) d (m) λ (m) Elaborazione dati Discutere le variazioni dei fronti d onda in dipendenza dal rapporto fra lunghezza d onda e dimensione della fenditura. 3

4 Misura 8b Interferenza Determinare le variazioni della figura di interferenza in dipendenza dalla lunghezza d onda. Premessa Quando un onda passa attraverso due fenditure, la posizione dei massimi di intensità su una parete opposta è data da d sen(θ) = m λ (con m=1, 2, 3, ) dove d è la separazione fra le fenditure, θ l angolo fra i massimi ed il punto di mezzo delle fenditure, λ la lunghezza d onda ed m è detto ordine di interferenza (vedi figura 4.1). Impostazione dell apparato Attuatore: Barra lineare Profondità dell acqua: 7 mm Profondità dell attuatore: immerso sotto la superficie per 7 mm Frequenza: 10Hz (E) Ampiezza: 4 - Riempire la vaschetta con acqua fino ad una altezza di 7 mm così che l acqua sia di poco al di sopra del gradino della guarnizione in gomma. - Portare la vaschetta a livello. - Inserire l attuatore nel generatore di onde ed aggiustare la barra in modo che la stessa sia a livello con la superficie dell acqua. - Abbassare il generatore d onde in modo che l attuatore sia immerso a metà. - Allentare la manopola della fase (phase lock knob), impostare la fase a zero e fissare la manopola. - Impostare la manopola dell ampiezza a 4. - Impostare la manopola della frequenza su E. - Inserire la spina del generatore in una presa. 4

5 Misura - Mettere la barriera corta fra le due lunghe per formare due fenditure di circa 2 cm come in figura 4.2. Misurare la distanza d fra le fenditure. - Accendere la lampadina alogena ed aumentare lentamente la frequenza di illuminazione in modo da ottenere un immagine proiettata stabile. Leggere la frequenza e riportarla nella tabella dati. - Acquisire una foto dello schermo. - Ripetere la procedura: o Aumentando la frequenza fino alla posizione J. θ 1 θ 1 λ/2 - Sostituire all attuatore lineare due attuatori puntuali impostando la distanza fra i loro centri pari alla distanza d fra le fenditure. - Rimuovere le barriere. - Lasciare invariato il valore della frequenza di vibrazione della sorgente. - Accendere la lampadina alogena ed aumentare lentamente la frequenza di illuminazione in modo da ottenere un immagine proiettata stabile. Leggere la frequenza e riportarla nella tabella dati. - Acquisire una foto dello schermo. 5

6 Elaborazione immagini - Tracciare sulla stampa dell immagine la posizione delle barriere e i fronti d onda quando la stessa passa attraverso le fenditure. - Individuare la regione dove le onde tendono a cancellarsi l un l altra (Interferenza distruttiva) e dove si sommano in onde con intensità maggiore (Interferenza costruttiva linea tratteggiata in figura). Disegnare schematicamente la figura di interferenza ottenuta. - Misurare gli angoli formati dalle direzioni a interferenza costruttiva distinguendo i vari ordini. Tabelle dati N. misura (sorgente doppia) Frequenza (Hz) d (m) λ (m) θ 1 ( ) θ 1 ( ) θ 2 ( ) θ 2 ( ) θ 3 ( ) θ 3 ( ) Elaborazione dati Ø Discutere le variazioni degli angoli in dipendenza dalla frequenza. Ø Confrontare le figure ottenute utilizzando le fenditure con quella ottenuta con due sorgenti puntiformi. 6