PROJETO: UTILIZAÇÃO DE O ARDUINO PARA ESTUDAR O FENOMENO DE DIFRAÇÃO DA LUZ EM DIFERENTES LEDS
Elias Modesto Salvador-202010824
Gustavo Botelho de Oliveira-202120945
Victoria Beckedorf- 201920698
Introdução
Temos diversas ferramentas que são utilizadas em
prol da humanidade, e nesse projeto, nossa idéia inicial seria a criação de
setas para ciclistas, para assim promover a segurança dos mesmos. Contudo,
depois de observarmos mais a fundo a temática, encontramos um fator
“problemático” com essa criação, que seria o fenômeno da difração da luz.
No inicio, quando o projeto ainda estava em sua fase
de testes, reparamos que esse fenômeno era bastante recorrente, e com isso,
resolvemos, ao invés de criar diretamente uma seta para bicicletas, estudar o
fenômeno de difração da luz, com diferentes cores de led, além de também ver as
distancias que a difração ocorre, em função da largura das já existentes setas
para bicicleta.
Objeto
de estudo e matéria abordada
Nosso grupo teve a intensão de elaborar esse
protótipo de sinalização onde a principal proposta e reduzir os acidentes no
transito com os ciclistas, contudo, com o fenômeno de difração que era
recorrente nos experimentos, resolvemos mudar o objeto de estudo para estudar,
diretamente, tal fenômeno.
O conceito de estudo abordado e sobre a difração de
ondas eletromagnéticas. A difração é um fenômeno físico que ocorre com qualquer
tipo de onda, como, por exemplo, com as ondas sonoras e com os raios de luz, e
que pode ser entendido como sendo o desvio da trajetória retilínea da luz após
ela passar pela aresta de um objeto.
As ondas dos leds terão um importante papel nesse
experimento, isso porque elas que nos dão a base teórica do que esperar sobre a
distancia do observador, e qual cor sofrerá a maior difração, uma vez que a
mesma está ligada diretamente com o fenômeno.
Metodologia
Para analisarmos a difração, usaremos um programa
feito no arduino para ascender diversas leds através desse código:
int leds[] = {7, 8, 9, 10, 14, 15};
int contador = 0;
int timer = 95;
void setup() {
for (contador
= 0; contador < 4; contador++) {
pinMode(leds[contador], OUTPUT);
}
}
void loop() {
for (contador
= 0; contador < 4; contador++) {
digitalWrite(leds[contador], HIGH);
delay(timer);
digitalWrite(leds[contador], LOW);
delay(timer);
}
Com tal código pronto, basta montar um circuito em
um protoboard, para assim, ser analisado o fenômeno. Para isso, mantivemos um
observador em uma posição X das leds, em um ambiente parcialmente escuro, e o distanciamos
cada vez mais das luzes, até que o mesmo presencie o fenômeno da difração.
Fizemos isso para cinco cores de led diferentes, pois a cor dos mesmos
interfere no resultado, devido ao seu comprimento de onda diferente.
E por fim, iremos calcular o ângulo de difração,
dado pela formula θ =
arctang(x/D), onde x é a distancia entre os leds, e D a distancia do observador
do sistema.
Resultados
esperados
A seta tinha como objetivo principal reduzir os
acidentes de transito, que são bastante recorrentes com os ciclistas. Contudo,
através dos estudos que faremos referentes à difração da luz, esperamos
alcançar conclusões mais certas a cerca do fenômeno, como quais cores possuem o
maior potencial de difração, qual distancia máxima do observador perceber o
fenômeno e também a distancia necessária entre os leds para que seja bastante
efetivo o uso da seta em bicicletas, e se o mesmo é uma fonte de luz viável.
Esperamos encontrar distancias equivalentes ao
tamanho das ondas das diferentes cores de led, onde, na teoria, quanto maior o
tamanho da onda, maior a difração.
Os valores do comprimento de cada cor estão em torno
de: Azul = entre 440nm a 485nm, Verde = entre 500nm a 565nm, Amarelo = entre
565nm a 590nm e Vermelho = entre 625nm a 740nm, enquanto a branca ocupará o
maior valor possível de onda, assim nos mostrando a ordem de qual sofre menos
difração, até a que sofre mais difração na teoria.
Custo
e Materiais utilizados
Todos os materiais utilizados se encontram nos
laboratórios de projeto de física da UFLA, com a exceção das leds de cores
diferentes (R$12,00), e o computador (já possuído pelo grupo) que reproduzirá o
código para o arduino. Em geral, os componentes são cabos jumpers, arduino,
protoboard, resistores e leds.
Cronograma
Segue abaixo o cronograma que utilizamos durante a
montagem do projeto, até o dia da apresentação
Semana 1 (21/03 – 25/03) = Montagem do projeto
Semana 2 (28/03 – 01/04) = Teste / Alteração no projeto
Semana 3 (04/04 – 08/04) = Teste do código
Semana 4 (11/04 – 15/04) = Teste / Ajustes no projeto
Semana 5 (18/04 – 22/04) = Conclusão do Trabalho
Semana 6 (25/04 – 28/04) = Apresentação do projeto
Resultados
e conclusão
Podemos concluir o experimento ocorreu como
planejado, uma vez que encontramos a led azul como a com menor difração dentre
as estudadas, e a vermelha com a maior difração, e isso se deve ao seu
comprimento de onda, uma vez que, quanto maior seu comprimento, maior sua
difração e vice versa.
Por fim, nosso intuito principal, além de ver qual
luz tinha maior facilidade de acontecer a difração, era saber a distancia
máxima que conseguíamos enxergar a luz sem que ocorresse a difração e o ângulo
de difração, onde chegamos aos resultados:
Azul = 18,72m / θ = 0,30
Verde = 16,28m / θ = 0,35
Amarelo = 15,23m / θ = 0,37
Vermelho = 9,7m / θ = 0,59
Branco = 7,82m / θ = 0,73
Isso nos mostrando que os valores teóricos foram
condizentes com o experimento, uma vez que, aquelas que possuem o maior
comprimento de onda, possuem a maior difração, sendo assim mais fácil e visível
de presenciar o fenômeno.
Com isso, podemos chegar a uma conclusão de que a
luz mais efetiva para ser usada como seta seria a de cor amarela, isso porque,
mesmo sua distancia de difração ainda ser um pouco grande, ela tem a
intensidade necessária pra ser visível de longe (diferente da azul e da verde),
e possui a difração mais aceitável para os padrões de transito (diferente da
vermelha e branca). Por isso, as luzes de freio de carros são vermelhas, por
serem mais ofuscantes e vibrantes, e as setas utilizadas nos mesmos são
amarelas, por sofrer uma difração no “meio termo”, e ter uma coloração visível,
sem contar seu contraste com o farol branco.
Fotos
do Projeto
Bibliografia
Difração
da Luz. Disponível em: http://demonstracoes.fisica.ufmg.br/artigos/ver/99/16.-Difracao-da-luz
. Acesso em: 27/04/2022
Roteiro
do laboratório – Difração em fendas. Disponível em:https://sites.ifi.unicamp.br/laboptica/roteiros-do-laboratorio/3-difracao-de-fendas/#:~:text=de%20uma%20fenda.-,a.,l%20e%20irradiância%20I0%20.&text=com%20k%3D2p%20%2Fλ,tan%20Θ%20%3D%20y%2Fz.
Acesso em: 27/04/2022
Difração.
Disponível
em: https://nelsonreyes.com.br/Parte%204%20SEARS%20CAP%2036_DIFRAÇÂO.pdf
.Acesso em: 27/04/2022
Halliday, David et al. Fundamentos de Física - Vol. 4 - Óptica e Física Moderna, 10ª
edição. Grupo GEN, 06/2016