Descrição das Atividades

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1 Criminalística - A Física auxiliando a Polícia a desvendar crimes Bloco - Difração de Raio-X O estudo da difração do laser a partir do LP, DVD e do CD será utilizado como forma analógica a fim de sensibilizar os alunos para o fenômeno estudado, sendo uma ferramenta de medida indireta de grandezas as quais nós não temos acesso direto, no caso da Criminalística, o acesso as diferentes distâncias entre átomos de uma rede cristalina. Introduziremos a partir desse conceito o que é difratograma e como ele é uma ferramenta poderosa na determinação dos constituintes de uma amostra ou evidência. Objetivos Gerais: Observar, investigar e compreender o que é difração e as ordens de difração, a relação com comprimento de onda da radiação eletromagnética incidente e as distâncias medidas indiretamente dos diversos materiais. Relacionar ainda, esse fenômeno com a medida indireta de distâncias interatômicas utilizando o raio-x e a partir destes a identificação dos átomos constituintes de uma amostra. Conteúdo: Óptica geométrica Espectro da radiação eletromagnética Difração e interferência da luz Rede de Difração Equação da rede de difração Estrutura atômica Modelo da esfera rígida Raio-X Difração de Bragg Difratogramas Quadro Sintético: ATIVIDADE MOMENTOS 1- Estudo da Difração com o laser do LP, CD e DVD Proposição do Problema Observação da difração (LP, CD e DVD) Discussão das Observações Formalização Matemática 1 aula 2- Difração de Raio-X e a relação com com as distâncias interatômicas. Difratogramas. Proposição do Problema Elaboração do Difratograma Determinação da distância interatômica Discussão sobre a estrutura atômica - Modelo da Esfera Rígida 1 aula Descrição das Atividades TEMPO

2 Atividade 1 - Montagem Experimental Objetivo: Montagem experimental, observar a radiação do laser incidente e o difratado, discutir e estabelecer uma relação matemática para o cálculo da distância entre as trilhas a partir dos dados obtidos. Conteúdo: Difração, interferência da luz e equação da rede de difração. Recurso de ensino: Roteiro para a atividade da observação da Difração com laser e materiais listados, giz e lousa Dinâmica da atividades: Proposição do problema pelo professor: Como, utilizando um apontador laser, papel milimetrado, régua e transferidor, a gente pode medir as distâncias entre as trilhas do LP, CD e do DVD? Sempre exemplificar com as trilhas do LP, são bem visuais. Atividade experimental, montar grupos de alunos para fazerem a difração do laser e observarem que, quanto maior for o ângulo difratado, maior a quantidade de informação que carrega a mídia, ou seja, maior o número de trilhas. O professor explica aos alunos o que ocorre com o laser ao ser refletido pelas trilhas do LP e faz analogia com a rede de difração do CD e do DVD. O professor orienta os alunos a anotarem no seu papel milimetrado os ângulos, raio incidente com raio difratado, em cada etapa da atividade experimental, conforme Recurso de Ensino 1. O professor irá matematizar esses dados a fim de estabelecer uma relação matemática que consiga relacionar comprimento de onda e obter as distâncias entre as trilhas, equação da rede de difração. Recurso de Ensino 1 Roteiro para a atividade da observação da Difração Materiais papel milimetrado A4 fita isolante 1 apontador laser nm 1 régua 1 transferidor 1 LP (Long Play) ou disco de vinil 1 CD-ROM 1 DVD-ROM 1 lápis

3 Procedimentos Para o LP 1- Colar com a fita isolante o papel milimetrado em uma parede, a 4 metros de distância tentar refletir com o LP a luz do apontador laser no papel milimetrado, obtendo uma figura de difração vertical ou horizontal conforme exemplo abaixo Para o CD-ROM 2 - Dobrar o papel milimetrado na borda de uma mesa, nesta borda afixar o CD-ROM com fita isolante de forma a ficar metade do disco a cima da superfície da mesa, lançar um feixe perpendicular com o apontador laser sobre o CD-ROM conforme exemplo abaixo

4 3 - Fazer marcação com lápis onde no feixe do apontador laser incidiu sobre o CD-ROM e também marcar os feixes difratados 4 - Traçar uma reta unindo os pontos marcados do feixe de laser incidente e executar o mesmo procedimento nos pontos difratado. Com um transferidor achar os ângulos entre os feixes incidente e difratado. Para o DVD-ROM 5 - Repetir os mesmos passos anteriores 2, 3 e 4, exemplo da difração do DVD-ROM abaixo

5 6 - Usar a equação da rede de difração para calcular as distâncias das trilhas do LP, CD-ROM e DVD-ROM nλ = (senθinc + senθdif)d n = ordem de difração 1, 2, 3...etc λ = comprimento de onda do apontador laser (630 a 680 nm) d = distância das trilhas θinc = 90 o ângulo relativo ao feixe incidindo sobre o LP, CR-ROM ou DVD-ROM θdif = ângulo referente ao incidente em relação ao difratado Atividade 2 - Elaboração do Difratograma Objetivo: Elaborar um difratograma, discutir o modelo da esfera rígida Conteúdo: Estrutura da rede cristalina, Modelo da Esfera Rígida, Difratogramas, Raio-X. Recurso de ensino: Giz e lousa, papel milimetrado, Roteiro para a elaboração do difratograma. Dinâmica da atividade: Proposição do problema pelo professor: Como, usando os conhecimentos que adquirimos das medidas indiretas das trilhas do LP, do CD e do DVD com o auxílio do laser, obter informação a cerca da estrutura atômica das substâncias? O professor irá instruir os alunos como plotar um difratograma do NaCl com os dados do Recurso de Ensino 2, trabalhando em conjunto. Introdução a lei de Bragg, Recurso de Ensino 3.2. Calcular através da lei de Bragg a distância interatômica do NaCl a partir dos picos identificados no difratograma. Deixar claro ao alunos que cada substância tem sua distância característica e, através desta característica é possível determinar os componentes trazidos numa amostra ou evidência de um caso. Discussão sobre o modelo da esfera rígida e rede cristalina. Recurso de Ensino 2 Roteiro para a elaboração do difratograma Materiais papel milimetrado lápis tabela com valores obtidos em laboratório para o NaCl Procedimentos 1 - Escolher convenientemente as escalas no papel milimetrado para os eixos do difratograma. O eixo vertical será a contagem e o horizontal o 2θ conforme figura abaixo 2 - Colocar ponto a ponto referente a cada uma das coordenadas ângulo e contagem, não é necessário usar todos os pontos, use apenas os que forem necessários para caracterizar os picos e as

6 ordens de difração 3 - Traçar uma reta unindo todos os pontos do difratograma. Tabela de dados coletados no difratômetro no laboratório do Instituto de Física da USP para 3 ordens de difração do NaCl 2θ Contagem , , , , , , , , , , , , , , ,

7 ,5 63,67 63, ,17 64,33 64,5 64,67 64, ,17 65,33 65,5 65,67 65, ,5 107,67 107, ,17 108,33 108,5 108,67 108, ,17 109,33 109,5 109,67 109,

8 Contagem θ Difratograma do NaCl Dados: Raio atômico do Na+ 0,98 Å e do Cl- 1,81Å, raio do NaCl é 2,79Å comprimento de onda do Raio-X usado na coleta dos dados é 1,54Å 1Å = 10-10m Outras referências: Recurso3 e Recurso