Misura di lunghezze d'onda mediante reticolo di diffrazione
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- Livia Parisi
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1 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 1 Misura di lunghezze d'onda: Misura di lunghezze d'onda mediante reticolo di diffrazione
2 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 2 Misura di lunghezze d'onda: 1 Lo scopo principale di questa esperienza è quello di effettuare delle semplici misure di ottica geometrica ed ondulatoria attraverso le quali poter meglio capire le proprietà della propagazione della luce. Nell'esperienza prenderemo in considerazione la misura della lunghezza d'onda delle componenti della luce di una lampada attraverso un reticolo di diffrazione. Faremo ora una breve introduzione teorica ai fenomeni che si affronteranno nell'esperienza, allo scopo di giustificare l'applicazione delle formule che andremo ad utilizzare.
3 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 3 Misura di lunghezze d'onda: 2 Diffrazione della luce attraverso un reticolo Un reticolo di diffrazione può essere realizzato in diversi modi. Il reticolo a cui vogliamo far riferimento qui è l'equivalente di una serie di fenditure equispaziate fra loro e praticate su una lastra di piccolo spessore, come schematicamente mostrato in figura. Se inviamo un fascio di luce su una delle facce della lastra, la presenza delle fenditure permetterà, ovviamente, il passaggio di una parte di essa. Il fenomeno non si esaurisce certamente qui, vedremo ora come si sviluppa.
4 Misura di lunghezze d'onda: 3 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 4
5 Misura di lunghezze d'onda: 4 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 5
6 Misura di lunghezze d'onda: 5 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 6
7 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 7 Misura di lunghezze d'onda: 6 Strumentazione Lampada a scarica e relativo alimentatore Essa costituisce la sorgente della luce che dovrà essere analizzata attraverso il reticolo di diffrazione. Per le sue caratteristiche essa produce una luce che è sovrapposizione di varie componenti monocromatiche dovute alle transizioni elettroniche degli atomi nel gas della lampada indotte dalla scarica.
8 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 8 Misura di lunghezze d'onda: 7 Goniometro ottico dotato di fenditure, due sistemi ottici e supporto per reticolo di diffrazione. Tale strumento permette la misura degli angoli corrispondenti ai diversi ordini di diffrazione dei diversi colori.
9 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 9 Misura di lunghezze d'onda: 8 La luce prodotta dalla lampada entra nell'apparato attraverso una fenditura di larghezza regolabile. I due sistemi ottici hanno le seguenti funzioni: il sistema ottico montato sulla parte fissa fa si che i raggi raggiungano parallelamente il reticolo il sistema ottico montato sulla parte mobile fa si che i raggi paralleli uscenti producano una immagine a fuoco per l'osservatore
10 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 10 Misura di lunghezze d'onda: 9 Esecuzione dell'esperienza Esaminiamo ora la sequenza logica delle operazioni. < 1 > Predisposizione del goniometro ottico: Prendendo in esame la parte mobile del goniometro, mettere a fuoco l'immagine di un oggetto lontano in modo da simulare la visione da molto lontano dei raggi che escono paralleli Dopo aver acceso la lampada ed averla posizionata di fronte alla fenditura, metterne a fuoco l'immagine (osservata sempre attraverso la parte mobile del goniometro) operando con la manopola del sistema fisso.
11 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 11 Misura di lunghezze d'onda: 10 < 2 > Posizionare il reticolo nell'apposito supporto. Osservare ai vari angoli i diversi ordini di diffrazione delle componenti della luce della lampada. Per la corretta misura dell'angolo si utilizza il nonio trentesimale (vedi figura a lato) che fornisce il valore dei "primi" di grado. Fare attenzione a posizionare il supporto perpendicolarmente al fascio proveniente dalla fenditura.
12 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 12 Misura di lunghezze d'onda: 11 < 3 > Selezionare almeno quattro componenti (colori) fra le più intense ed in modo da spaziare su un'ampia porzione dello spettro visibile. Misurare gli angoli corrispondenti a tutti i rispettivi ordini di diffrazione visibili (sia a destra che a sinistra).
13 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 13 Misura di lunghezze d'onda: 12 Elaborazione dei dati
14 Misura di lunghezze d'onda: 13 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 14
15 Misura di lunghezze d'onda: 14 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 15
16 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 16 Misura di lunghezze d'onda: 15 4 a esperienza del Laboratorio di Fisica Generale II: promemoria per l effettuazione dell esperienza e la stesura della relazione Gruppo XX Corso di Laurea Cognome Nome Cognome Nome Cognome Nome No. Matricola No. Matricola No. Matricola Udine gg/mm/aaaa OGGETTO DELLA PROVA Osservazione e comprensione delle proprietà della propagazione della luce con l'ausilio di semplici misure di ottica geometrica ed ondulatoria: diffrazione della luce attraverso un reticolo calcolo delle lunghezze d'onda delle componenti monocromatiche della luce di una lampada. CENNI TEORICI Sulla base delle conoscenze acquisite e delle nozioni impartite nella lezione teorica propedeutica alla presente esperienza di laboratorio, riportare (sinteticamente) gli elementi della teoria degli errori e del metodo di regressione utilizzato nell elaborazione dei dati sperimentali. MATERIALI E STRUMENTI UTILIZZATI Indicare i materiali e gli strumenti di misura utilizzati nell esperienza.
17 U n i v e r s i t à d e g l i S t u d i d i U d i n e - Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Fisica Generale 2 17 Misura di lunghezze d'onda: 16 MISURE ED ELABORAZIONI DATI Dopo aver predisposto il goniometro ottico per la corretta misura, posizionato il reticolo nell'apposito supporto ed accesa la lampada: selezionare almeno 4 diverse componenti (colori) fra le più intense dello spettro visibile e misurare gli angoli corrispondenti a tutti i rispettivi ordini di diffrazione visibili (sia a destra che a sinistra) riportare in tabella i valori delle grandezze misurate ed i relativi errori calcolati COMMENTI FINALI A completamento della relazione riportare un breve commento finale sui risultati ottenuti. In particolare dare dei commenti su:
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