Esta bela luz mostra um padrão de difração de um raio laser que ilumina o cabelo humano.Você pode medir a espessura de um único cabelo em casa. Você só precisa de um quarto escuro, um ponteiro laser, papelão, fita adesiva e um pouco de matemática. E, claro, o cabelo de alguém. Para quem gosta de vídeos educacionais - este artigo é baseado em um
vídeo do Frosbite Theatre .
1. É necessário fazer uma pequena moldura de papelão sobre a qual colocar o cabelo. Cortei um quadrado de papelão com um lado de cerca de 15 cm e depois cortei um pequeno retângulo no meio dele com lados de cerca de 1x4 cm.
2. Pegue o cabelo humano - da sua cabeça ou da cabeça de um voluntário. Verifique se o comprimento é suficiente para que possa ser colado com fita adesiva nos dois lados do retângulo interno. No meu caso, o cabelo deveria ter pelo menos 5 cm de comprimento para que eu possa prendê-lo nas duas pontas.
3. Cole o cabelo o mais firmemente possível em ambos os lados da moldura, para que o cabelo passe no meio da janela cortada.
4. Em uma sala escura, fique a mais de um metro de uma parede vazia. Segure a moldura com o cabelo à sua frente e brilhe com um ponteiro laser na parede, colocando o ponteiro imediatamente após o cabelo para que a luz caia sobre ele.
5. Você verá como a luz é espalhada de ambos os lados do cabelo quando brilha sobre ele.
O cabelo causa difração da luz do laser. Difração é a curvatura do caminho de uma onda de luz que passa perto de um objeto - com cabelo humano ou através de uma lacuna no papel. A luz pode se comportar como uma onda e, quando encontra cabelos, entra em um padrão de linhas repetidas. Este desenho pode ser visto na parede. Seu tamanho está relacionado ao tamanho do objeto que causou a dispersão. E isso significa que, medindo o tamanho da dispersão, você pode, usando um pouco de matemática, descobrir a espessura do cabelo.
6. Meça em centímetros a distância do seu cabelo à parede em que o ponteiro brilha.
7. Descubra o comprimento de onda da luz produzida pelo ponteiro. O ponteiro vermelho emitirá luz com um comprimento de onda de cerca de 650 nm e verde - cerca de 532 nm. Isso geralmente é indicado no próprio ponteiro.
8. Meça a dispersão da luz na parede. É necessário medir a distância do ponto central à primeira faixa escura visível. Você precisa fixar o ponteiro e a moldura nos cabelos ou pedir a alguém para segurá-los durante as medições.
E agora você tem todos os dados necessários para calcular a espessura do cabelo. Verifique se todas as suas medidas estão nas mesmas unidades. Por exemplo, recebi os seguintes números:
- A distância entre o meu cabelo e a parede é de 187 cm.
- O comprimento de onda do laser é de 650 nm ou 0,000065 cm.
- A dispersão média da luz obtida medindo sete cabelos: 2,2 cm.
Então substituí esses valores na equação tirada do vídeo:
Nesta equação, D é o diâmetro do cabelo, m = intervalo de dispersão. Fiz medições para a primeira faixa escura, então m = 1. λ é o comprimento de onda do laser, ou seja, 0,000065 cm.Sin θ é o ângulo de dispersão. Pode ser calculado dividindo a medida de dispersão pela distância do cabelo à parede. No meu caso, será uma dispersão média de 2,2 cm dividida por 187 cm.
Em forma numérica, a equação é a seguinte:
E obtive D = 0,005831 cm ou 58 mícrons. A espessura do cabelo das pessoas geralmente varia de 17 a 180 mícrons, e nosso cabelo se encaixa perfeitamente nele, embora tenha sido um pouco mais fino que a média.
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Palavras-chave
Difração . Curvatura das ondas ao encontrar um objeto. O padrão gerado pelas ondas durante a difração pode ser usado para determinar a estrutura de pequenos objetos - por exemplo, a espessura de um cabelo humano.
Laser Um dispositivo que produz um feixe denso de luz coerente da mesma cor. Os lasers são usados para fazer furos, cortar, alinhar, como guias e também em cirurgia.
Física Estudo científico da natureza e propriedades da matéria e energia.
Comprimento de onda . A distância entre dois picos ou quedas de ondas adjacentes em uma sequência. A luz visível, que, como toda radiação eletromagnética, é uma onda, inclui ondas que variam de 380 nm (violeta) a 740 nm (vermelho). A radiação com comprimentos de onda mais curtos que a luz visível são raios gama, raios-x e luz ultravioleta. Com comprimentos longos - luz infravermelha, microondas e rádio.