Interferência luminosa - experimento de Young

 

O físico e médico inglês Thomas Young (1773-18290), através da experiência descrita a seguir, demonstrou que a luz possuía natureza ondulatória, pois os fenômenos de difração e interferência descritos nessa experiência, são de características exclusivamente ondulatórias.

Ele fez um pincel de luz monocromática (uma só cor) incidir sobre uma tela opaca (obstáculo) A, com uma estreita fenda So. A luz que atinge essa fenda se espalha sofrendo difração.  Atrás da primeira tela, ele colocou outra tela opaca B, com duas fendas muito estreitas e convenientemente próximas (S1 e S2), sendo que cada uma delas funciona como uma fonte primária de ondas exatamente iguais (mesma freqüência, mesmo comprimento de onda, mesma velocidade e em fase), ou seja, ondas

 

coerentes, que é condição necessária para que ocorra a interferência.

Em seguida, a uma distância D do obstáculo B ele colocou  um anteparo (alvo, película fotográfica) C, de tal modo que a separação d entre as fendas S1 e S2 é muito menor que a distância  entre o obstáculo B e a tela C.

Então ele observou na tela C uma figura de interferência formada por franjas brilhantes coloridas (interferência construtiva) alternadas por franjas escuras (interferência destrutiva). . O padrão de faixas de faixas de luz projetado na tela é chamado franjas de interferência.

- Se a luz incidente for luz monocromática vermelha as franjas serão vermelho-escuro, se verde, verde-escuro, se policromática branca, teremos uma faixa central branca, resultado da interferência construtiva para todas as cores e as demais fixas serão coloridas (interferência construtiva para algumas cores e destrutiva para outras).

-O tamanho das fendas está relacionado com a definição das franjas. Quando as fendas aumentam temos franjas menos definidas e quando diminuem, mais definidas.

-Devido à reflexão em suas superfícies internas e externas podemos ver manchas coloridas (franjas de interferência) em poças de água quando elas tiverem em sua superfície externa, óleo. Essa interferência entre as ondas refletidas ocorre porque a distância entre a superfície anterior e posterior da película é muito pequena..

 

 O mesmo acontece com as bolhas de sabão.

.

-Nas franjas de interferência formadas no anteparo C existem regiões em que a interferência é parcial e nelas, a intensidade luminosa sofre variações graduais (gráfico abaixo)

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Observe nas figuras que as fendas dos obstáculos A e B não estão alinhadas, o que comprova a natureza ondulatória da luz, pois levando-se em conta a propagação retilínea da luz, o anteparo C deveria estar completamente escuro e não seria atingido por nenhum raio de luz proveniente da fonte de luz monocromática.

Atualmente, pode-se utilizar um laser no lugar do anteparo opaco A,

 

pois ele converte luz comum em um feixe intenso e fino.

Vamos chamar de d a distância entre as fendas S1 e S2 e de D a distância entre o obstáculo B e o anteparo C.

No anteparo C, em O, temos a franja central. Um ponto qualquer P, distante Y da franja central, sobre o anteparo C será sede de interferência construtiva apresentando-se como um ponto claro ou brilhante (com intensidade luminosa máxima), se a diferença de caminhos r1-r2 for um múltiplo par de meio comprimento de onda, ou seja, r1-r2=nl/2, com (n=0, 2, 4, 6...)

Observe que a franja localizada na região central será sempre clara, pois em O a diferença a diferença de caminhos percorridos pelas ondas provenientes de S1 e S2 é nula (r1-r2=0). Então em O ocorre sempre interferência construtiva.

Em P, teremos interferência destrutiva (franjas escuras), se r1-r2 for múltiplo ímpar de meio comprimento de onda, ou seja,

r1-r2=nl/2, com (n=1, 3, 5, 7...)

Em torno da região central obtemos alternadamente franjas claras e escuras (figura abaixo)

Abaixo estão a figura e a expressão matemática que fornece o comprimento de onda da luz utilizada no experimento de Young, onde:

   

l  ---  comprimento de onda

d  ---  distância entre as duas fendas (fontes)

D  --- distância entre os dois anteparos

n  ---  número de ordem da interferência, podendo ser par ou ímpar conforme a interferência seja construtiva (franja clara) ou destrutiva (franja escura).

Y  ---  distância de onde ocorre a interferência (no caso, ponto P), até a franja central no ponto O.

 

O que você deve saber

* Conhecer todo o procedimento da experiência de Young

 

* Abaixo estão a figura e a expressão matemática que fornece o comprimento de onda da luz utilizada no experimento de Young, onde:

   

l  ---  comprimento de onda

d  ---  distância entre as duas fendas (fontes)

D  --- distância entre os dois anteparos

n  ---  número de ordem da interferência, podendo ser par ou ímpar conforme a interferência seja construtiva (franja clara) ou destrutiva (franja escura).

Y  ---  distância de onde ocorre a interferência (no caso, ponto P), até a franja central no ponto O.

 

* Nas franjas de interferência formadas no anteparo C existem regiões em que a interferência é parcial e nelas, a intensidade luminosa sofre variações graduais (gráfico abaixo)

*  Se a luz incidente for luz monocromática vermelha as franjas serão vermelho-escuro, se verde, verde-escuro, se policromática branca, teremos uma faixa central branca, resultado da interferência construtiva para todas as cores e as demais fixas serão coloridas (interferência construtiva para algumas cores e destrutiva para outras).

 

* O tamanho das fendas está relacionado com a definição das franjas. Quando as fendas aumentam temos franjas menos definidas e quando diminuem, mais definidas.

 

* Devido à reflexão em suas superfícies internas e externas podemos ver manchas coloridas (franjas de interferência) em poças de água quando elas tiverem em sua superfície externa, óleo. Essa interferência entre as ondas refletidas ocorre porque a distância entre a superfície anterior e posterior da película é muito pequena..

           

O mesmo acontece com as bolhas de sabão.

 

 

Exercícios