ARRANJO SIMULANDO COLUNAS DE MERCÚRIO

A montagem do arranjo para a simulação de colunas de mercúrio necessitou de diversos testes e tentativas até que um bom alinhamento fosse alcançado.

O esquema visto na figura 9 pode ser redesenhado da seguinte forma para melhor compreensão do arranjo simulando colunas de mercúrio

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Figura 22 - Representação esquemática do arranjo simulando colunas de mercúrio

Com a ajuda de um suporte de aço, montou-se uma estrutura onde dois espelhos de canto de cubo simulassem a superfície da coluna de mercúrio, como mostra a figura 22.

Figura 23 - Arranjo no qual os espelhos de canto de cubo (amarelo e prata) simulam as superfícies das colunas de mercúrio

Após alguns arranjos montados colocamos dois micrometros, um em cada espelho de canto de cubo para medir mais precisamente o deslocamento deles.

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Figura 24 - Manipulação dos dois espelhos de canto de cubo com ajuda de micrômetro analógico

Quando o arranjo ficou pronto realizamos algumas medidas para verificar como as medidas se comportam, então deslocamos os espelhos de canto. Primeiramente deslocamos o espelho que está mais afastado do laser e verificamos que quando abaixamos o espelho o programa tem uma variação positiva, e quando subimos o espelho ele tem uma variação negativa.

Quando o deslocamento é com o espelho mais próximo do laser, as medidas são opostas, ou seja, quando subimos o espelho o programa tem uma variação negativa e quando descemos, positiva.

Assim feito deslocamos os dois espelhos ao mesmo tempo com todas as combinações possíveis: subindo ambos, descendo ambos, subindo o mais afastado e descendo o mais próximo do laser e, finalmente, descendo o mais afastado e subindo o mais próximo do laser.

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Teste de interferência de pequenos objetos

Como foi verificado no arranjo de teste o laser tem uma sensibilidade muito alta. Assim fizemos um teste qualitativo para verificar que a presença de pequenos obejtos próximos dos espelhos, já causa uma interferência no resultado.

Figura 26 - Aproximação de uma caneta próxima a um dos espelhos de canto de cubo

Teste de interferência de pequenas variações de temperatura

Outro teste realizado com o intuito qualitativo foi verificar se há interferencia nas medidas com a mudança de temperatura.

Primeiramente utilizou-se um secador serigráfico para aquecer o ambiente, porém quando apontavamos o secador para o feixe de luz o programa apontava um erro na medida, alegando que ouve uma interferencia no caminho óptico. O secador foi um teste muito agressivo.

Então resolvemos testar a interferência de simplesmente aproximar as mãos no caminho óptico para ver se havia diferença nas medidas. Conseguimos resultados satisfatórios que serão apresentados nos resultados.

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4. RESULTADOS

Arranjo Teste

Foram feitos deslocamentos na ordem de centímetros e milímetros com o espelho de canto de cubo aproximando-o e afastando-o do laser.

Os resultados obtidos foram:

 Aproximando o espelho 10 centímetros, com auxílio de trena:

Figura 28 - Programa HP5529A Dynamic

Calibrator

 Afastando o espelho 9 centímetros, com auxílio de trena:

Figura 29 - Programa HP5529A Dynamic

Calibrator

 Afastando o espelho 0,1 milímetros, com auxílio de micrômetro:

Figura 30 - Programa HP5529A Dynamic

Calibrator

 Afastando o espelho 0,01 milímetros, com auxílio de micrômetro:

Figura 31 - Programa HP5529A Dynamic

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Arranjo simulando Colunas de Mercúrio

Deslocando os espelhos de canto de cubo

 Subindo o espelho mais afastado 1 milímetro e descendo o espelho mais próximo 1 milímetro:

Figura 32 - Programa HP5529A Dynamic

Calibrator

 Descendo o espelho mais afastado 1 milímetro e subindo o espelho mais próximo 1 milímetro:

Figura 33 - Programa HP5529A Dynamic

Calibrator

 Descendo ambos os espelhos 1 milímetros

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Teste de interferência de pequenos objetos

A aproximação da caneta, em relação ao espelho de canto de cubo, gerou uma mudança na medida na quarta casa decimal dos milímetros. Pode parecer pouco, mas quando se trata da aplicação em colunas de mercúrio para medidas de pressão, é um erro considerável.

Figura 35 - Programa HP5529A Dynamic Calibrator

Teste de interferência de pequenas variações de temperatura

A aproximação da mão no caminho óptico gerou uma mudança de medida, também, na quarta casa decimal dos milímetros. A mudança negativa deu-se ao fato de que, aquecendo o ar, o índice de refração diminui, assim o feixe percorre um caminho óptico menor. Como foi feito no caminho óptico do espelho mais afastado do laser é como se o espelho tivesse subido.

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5. CONCLUSÃO

O trabalho teve um início complicado devido a dificuldade em relação a familiarização do sistema, entretanto com o passar do tempo adquiriu-se uma prática e técnica que facilitaram nas montagens e medidas.

O programa se mostrou muito eficaz e sem complicações para utilizar, além de possui muitas outras funções que podem ser utilizadas futuramente

O alinhamento do arranjo de teste foi muito simples, em contrapartida o alinhamento do arranjo simulando colunas de mercúrio é um grande desafio quando não se tem a técnica necessária.

Os testes qualitativos se mostraram relevantes pois, como mostrado na equação (28), uma alteração de 0,0001 milímetros, interfere igualmente na pressão final do sistema. Considerando que o medidor de pressão HM101 tem alta precisão e trabalham em pré-vácuo (até mbar, ou 0,1 Pa) e em alto-vácuo (até mbar, ou 0,0001Pa), é uma alteração considerável para a medição final de pressão.

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6. CONTINUIDADE

Terminar a montagem do medidor de pressão HM 101 e junto dele, fazer a montagem do arranjo interferométrico. Como os espelhos de canto de cubo ficarão apoiados nos flutuadores o alinhamento pode ser um grande obstáculo para a montagem final.

Depois de alinhado, realizar medidas de deslocamentos e convertê-las em pressão. Como observado anteriormente o programa possui outras funções que podem ser melhor estudadas para medidas diferentes, e análises diferentes.

Fazer estudos qualitativos de interferência. Montar gráficos, calcular desvio padrão para determinados testes de interferência.

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7. REFERÊNCIAS

1. CIRILLO, L.C.; JESUS R.C.; DEGASPERI, F. T. Instalação e aprimoramento do padrão primário hm 101 e a construção do novo padrão primário de vácuo pelo método de expansão estática. XXX CBRAVIC – Campos do Jordão 2009

2. BARBOSA, E. A. Notas de Aula. Fatec-SP 2010

3. TIPLER, P.A.; MOSCA, G. Física para cientistas e engenheiros, volume 2 – eletricidade e magnetismo, óptica. Quinta edição, editora LTC

4. UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (Brasil). Óptica Física: Interferência. Disponível em: <http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/of/Abertura.html>. Acesso em: 25 de maio 2011

5. WESCHLER, Matthew. How Stuff Works: Como funciona o Laser. Disponível em: <http://ciencia.hsw.uol.com.br/laser3.htm>. Acesso em: 29 de junho. 2011.

6. LIMA, C. R. A. Notas de aula de Estrutura de Matéria, Capítulo 9 – Interação Magnética e Spin. Universidade Federal de Juiz de Fora, 2005.

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8. SPALDIN, N. A. Magnetic Materials: Fundamentals and Applications. Cambridge University Press, 2ª edição, 2011

9. EISBERG, R.; RESNICK, R.. Física Quântica: Átomos, Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas. 4. ed. Campus, 1979.

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10. SILVA, M. A. Física: O efeito Doppler. Disponível em: <www.brasilescola.com/fisica/o-efeito-doppler.htm>. Acesso em: 15 de outubro. 2011.

11. BISGUOLO P. A. Efeito Doppler. Disponível em:

<http://educacao.uol.com.br/fisica /efeito-doppler-calcule-a-frequencia-sonora-percebida- pelo-observador.jhtm>. Acesso em: 15 de outubro. 2011.

12. CLOUD, G. Optical Methods of Engineering Analysis. Cambridge University Press, 1995

13. GÅSVIK, K. J. Optical Metrology, John Wiley & Sons Ltd, Chicster, 2002

14. MEZZALIRA, L. G. Metrologia da Grandeza Pressão nas Vizinhanças da Pressão Atmosférica. Tese de Doutorado - Universidade Presbiteriana Mackenzie