Espectroscópio com tubo papelão

Espectroscópio com tubo de papelão

Precisamos saber duas coisas: o que é um espectroscópio e o que são as cores de um arco-íris?

Espectroscópio

É um instrumento destinado a separar os diferentes componentes de um espectro óptico. Constitui-se essencialmente de uma fresta (a parte de cima do tubo) situada no plano focal de um colimador, um prisma ou rede de difração (CD/DVD) e um anteparo (tela) onde se projeta (imagem real) o feixe dispersado (janela recortada no tubo de papelão).

Foi a partir do século XX que esse instrumento passou a ser utilizado para observar, analisar e medir os diferentes aspectos físico-químicos da luz proveniente das estrelas, das galáxias e demais objetos astronômicos, inaugurando, dessa forma, uma nova era na Astronomia e Astrofísica. (Fonte: http://www.feiradeciencias.com.br/)

O instrumento dessa atividade, criado a partir de um tubo de papelão, serve apenas para observar a decomposição da luz branca. É o mesmo processo que faz com que um arco-íris apareça no céu após uma chuva.

Arco-íris

O arco-íris é um fenômeno ótico causado pela refração da luz solar no vapor de água presente no ar. Esse fenômeno acontece normalmente após uma chuva.
    

A refração é o processo de desvio da luz. Quando a luz passa de um meio para outro, por exemplo, quando a luz passa do ar para a água ou do ar para o vidro, ela sofre um atraso, um desvio.

Isaac Newton descobriu que a luz branca era formada pela mistura de todas as outras cores. Ele usou um prisma, um bloco de vidro, para desviar e separar as cores da luz branca.
    

Isso acontece porque cada cor é formada por uma onda com um comprimento diferente, por exemplo, a luz vermelha tem um comprimento de onda maior que a luz azul. Por esse motivo a luz vermelha é mais fria que a luz azul.
    
Importante: o comprimento da onda define sua temperatura, quanto menor a onda mais concentrada está a energia, consequentemente quanto menor a onda mais quente será a luz que ela representa.

Quando a luz branca passa do ar para a água ou do ar para o vidro ela é refratada (desviada). Como cada cor tem um comprimento de onda diferente as ondas se separam em ângulos diferentes, isso faz com que as cores fiquem posicionadas de forma visível a um observador.
    

Outra forma de separar as cores da luz branca é usando uma rede de difração. Este dispositivo ótico consiste numa superfície com um grande número de ranhuras muito estreitas e comprimidas.

Um CD comum pode servir como uma rede de difração. Por exemplo, se as trilhas num CD fossem posicionadas numa linha contínua ela teria um comprimento de mais de 5 quilômetros de extensão. Uma trilha num CD tem a largura de 0,5 micrômetros e o espaço entre as trilhas é de 1,6 micrômetros (um micrômetro é igual a um milionésimo de metro).

A luz visível, aquela que conseguimos enxergar, inclui radiações que vão de 400 nanômetros (luz violeta) a 700 nanômetros (luz vermelha), ou seja, 0,4 a 0,7 micrômetros. O comprimento da luz visível é da mesma ordem de grandeza da distância entre as trilhas de um CD. É por esse motivo que o CD funciona como uma rede de difração, onde cada comprimento de onda (luz) é refletido num ângulo diferente permitindo que enxerguemos separadamente o espectro contínuo de cores da luz branca.
Fonte: http://www.proenc.iq.unesp.br/index.php/ciencias/35-experimentos/244-arco-iris
http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/oti11.htm

Espectroscópio com tubo de papelão

Funciona com tubo de papel higiênico, mas funciona melhor com tubos maiores, tipo aqueles que vem junto com papel alumínio, filme de PVC, papel toalha, etc.
    
Um tubo de 15 cm está ótimo. Corte ao meio um tubo de papel alumínio e você pode construir dois espectroscópios.

Não é o ideal, mas você pode usar uma tesoura grande para cortar pedaços de um CD/DVD e fazer vários espectroscópios.
    

O CD/DVD tem que ficar num ângulo de 20 graus, mais ou menos.
    

Corte a janela para entrar luz considerando que ela vai ficar no centro do CD/DVD. Funciona melhor se ela for um retângulo. Você pode acertar o tamanho fechando a janela com fita isolante.
    

Olhe por cima do tubo com a janela (recorte) direcionada para a luz, depois olhe pela janela com a parte de cima do tubo direcionada para a luz. Fazendo isso você verá cores diferentes por causa do ângulo da luz.
    

Essa experiência não funciona muito bem com CD ou DVD industrial (1), tem que ser aquela mídia usada nos gravadores caseiros (2).

Espectroscópio com tubo de papelão

Pais
Sempre que possível faça experiências junto com seu(s) filho(s). Mostre para a criança que mudando o ângulo do tubo em direção a luz ou olhando por pontos diferentes (janela ou a parte de cima do tubo) as cores no CD/DVD mudam.

Professores
Essa experiência pode ser utilizada como atividade extracurricular para diversão dos alunos ou para ilustrar uma aula de:
Física/Ciências - quando falar sobre luz, tamanho das ondas, espectro de cores, temperatura, Isaac Newton etc.

Pergunte aos alunos: se usarmos o espectroscópio para analisar a luz de uma vela, de uma lâmpada ou a luz do dia nós veremos alguma diferença no espectro de cores?