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Interferência de filme fino parte 1

Interferência de filme fino ocorre quando as ondas de luz refletidas das superfícies superior e inferior de uma película fina interferem umas com as outras. Este tipo de interferência é a razão que filmes finos, tais como óleo ou bolhas de sabão, formam padrões coloridos. Versão original criada por David SantoPietro.

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Transcrição de vídeo

RKA1JV E aí, pessoal! Neste vídeo, quero falar de um fenômeno muito interessante, que com certeza todos vocês já experienciaram, que é chamado de interferência em filmes finos. Antes de mais nada, existem pessoas que usam este nome, mas também, em alguma parte da literatura científica, se encontra um termo que se refere a esse fenômeno que é chamado de anéis de Newton. Você já vai entender o que isso tudo significa quando eu mostrar essa imagem aqui, deixe-me colocar minha tela para o lado, essa imagem aqui explica o que nós vamos estudar hoje. Vocês por acaso já olharam para o asfalto depois da chuva e viram essas cores estranhas aparecerem nas poças? Isso acontece porque, por exemplo, quando os carros andam pode ser que uma parte do óleo dos carros, que foi expelida pelo motor, acabe se depositando em cima da água, então, aqui eu tenho água, esse é meu meio de água, e aqui em cima eu tenho óleo. Então, aqui eu tenho óleo. E quando digo fino, eu realmente quero dizer que essa camada é muito fina. Vamos supor que ela tenha uma espessura que eu vou chamar de "t". Então, quando o óleo se deposita em cima da água e forma uma camada muito fina, a gente pode começar a ver algumas interferências acontecendo desse jeito aqui nessa imagem. Só que quando se fala em interferência, isso automaticamente infere que exista mais de um raio de luz envolvido no processo. Só que vamos supor que tenha apenas um raio de luz aqui, incidindo nessa camada de óleo, o que vai acontecer? Eu vou chamar esse raio de luz de 1. O que vai acontecer é que uma parte desse raio de luz vai passar para baixo, vai continuar a atravessar a camada de óleo e alguma parte vai se refletir diretamente acima dele onde ele incidiu. Mas eu não vou desenhar esse outro raio logo aqui em cima dessa maneira aqui porque senão isso ficaria muito confuso, então, vou simplesmente desenhar um raio que sairia exatamente por esse caminho onde ele chegou. Mas eu vou desenhar um pouquinho aqui ao lado, então, vou desenhar aqui. Esse é o mesmo raio 1, só que depois de refletir na camada de óleo. E agora que a gente já sabe que uma parte refletiu, falta a parte que continuou penetrando no óleo, então, tem essa parte aqui que continuou aqui para baixo. De novo, eu vou ter agora uma interface, antes eu tinha uma interface entre ar aqui, vou botar ar aqui, esqueci de avisar que isso aqui era ar. Antes, eu tinha uma interface de ar e óleo, e agora tem uma interface de óleo e água. Novamente, uma parte desse raio vermelho, vou chamar isso aqui de raio 2, um pouquinho maior, uma parte desse raio 2 vai ser refletida. Não vou desenhar em cima, novamente, vou desenhar assim ao lado, como desenhei antes, e a outra parte vai continuar a atravessar o meio que é a água, então, deixa eu desenhar um outro raio atravessando essa parte de água, então, tem mais um raio atravessando aqui. E justamente a interferência que nós vamos ver, por exemplo, vou botar o meu olho, vamos supor aqui, desenhei um olho aqui, então a interferência que nós vamos ver que vai chegar aos nossos olhos é justamente a interferência acontecendo entre esse raio e esse raio aqui. Agora, para a gente não ter que começar a achar todas essas fórmulas e relações do zero, nós podemos utilizar o que a gente já sabe. Lá nos outros vídeos de, por exemplo, fenda dupla, fenda única, a gente tinha a seguinte relação: a gente sabia que a diferença entre os comprimentos de onda, entre a distância dada pelos raios de luz até chegar no meu olho desde a fonte, até chegar no olho, por exemplo, do observador, vai me dar essa interferência construtiva ou destrutiva. Então, para um Δx, por exemplo, que for zero, 1λ, 2λ, 3λ e etc, isso aqui vai me dar uma interferência construtiva. Se por acaso no Δx for 1/2λ, 3/2λ, e não for em geral um número inteiro, isso aqui vai me dar uma interferência destrutiva. Mas agora vem um detalhe muito importante. A gente sabe que para o Δx inteiro, essa interferência é construtiva, Δx não inteiro, essa interferência vai ser destrutiva, mas isso daqui se inverte, essa nossa relação, essa nossa regra se inverte se acontecer o chamado "inversão de fase". O tamanho, a magnitude dessa invenção de fase é "π". O que isso realmente significa é que, se eu tivesse uma onda, por exemplo, assim, Depois de acontecer uma inversão de fase "π", ela ficaria o oposto disso, então, ficaria mais ou menos assim, é um pouco difícil de desenhar, mas ficariam mais ou menos assim. No caso, a minha interferência que antes, por exemplo, se eu tivesse duas ondas assim, a minha interferência que antes era construtiva aqui, agora seria destrutiva aqui. Sempre que tiver uma inversão de fase "π", essa minha relação é trocada, invertida. Então, você pode estar se perguntando: como que eu sei que vai acontecer uma inversão de fase "π" ou não? Para isso, na verdade é bem simples. Antes de chegar nessa inversão de fase "π", eu tenho que dizer algumas coisas para vocês. Por exemplo, qual é a velocidade da luz no ar? A gente sabe que a velocidade da luz no ar é bem próxima da velocidade da luz no vácuo, então, a minha velocidade da luz no ar é aproximadamente, deixe-me fazer esse sinal um pouco melhor aqui. É aproximadamente 3 vezes 10⁸ metros por segundo. E no óleo, a velocidade da luz no óleo, a gente sabe que vai ter que ser um pouco menor do que esse 3 vezes 10⁸, então, isso vai ser aproximadamente, vamos colocar aqui, 2,7 vezes 10⁸ metros por segundo. Já na água, a gente sabe esse valor com mais ou menos exatidão, então a velocidade da luz na água é de aproximadamente 2,25 vezes 10⁸ metros por segundo. Agora a gente já sabe as velocidades e vocês podem se perguntar por que eu falei da velocidade antes de explicar como acontece a inversão de fase. E a resposta vem agora. A inversão de fase acontece sempre, eu repito, sempre que a minha luz for de um meio em que ela ande mais rápido, que ela se locomova mais rápido para o meio em que ela se locomova mais devagar. Por exemplo, a velocidade da luz no ar é maior do que a velocidade luz do óleo, ou seja, quando a luz passou por essa interface aqui, aconteceu uma inversão de fase. Já nesse caso, da minha interface entre o óleo e a água, a velocidade da luz no óleo é maior do que a velocidade da luz na água, então, nesse caso também, aconteceu uma inversão de fase "π". Agora, da água para o óleo aqui não aconteceu, e do óleo para o ar também não aconteceu, então, os únicos momentos em que acontece uma inversão de fase "π" são nesses dois encontros entre ar e óleo e óleo e água. Geralmente, as pessoas não gostam da interferência em filmes finos porque elas geralmente têm dois problemas com isso. O primeiro problema é descobrir se houve ou não a inversão de fase. Mas a regra é bem simples e agora quem já sabe a regra não tem nenhum problema. Só que agora a gente precisa de outra variável, qual que vai ser o meu Δx, qual vai ser a diferença entre os caminhos andados pelas ondas? Justamente, você já deve ter percebido que eu chamei essa distância da interface de óleo de "t". Isso provavelmente tem que ter alguma coisa relacionado a esta distância "t" e realmente tem. Por exemplo, a luz vai andar essa distância, então, você poderia dizer que meu Δx é igual a "t" e isso é um erro que as pessoas cometem. Na verdade, a minha onda teve, deixe-me desenhar aquilo lá, a minha onda teve que entrar no óleo, depois bateu na água e a onda voltou, refletiu e depois saiu até chegar no olho. Na verdade, tem uma distância "t" aqui e uma distância "t" aqui, então, na verdade, o meu Δx, aqui vem a grande sacada, o meu delta Δx é igual a 2t, duas vezes a espessura dessa camada de óleo. Agora que a gente já sabe, eu vou tirar esse Δx daqui, já posso escrever 2t aqui, deixe-me pegar o meu pincel. 2t aqui e 2t aqui. No caso da fenda única, da fenda dupla, se você estiver lembrado, o meu Δx era igual a "d seno de θ", e aqui, eu acho que até ficou bem mais simples com esse 2t. Então, agora, eu vou continuar no outro vídeo, até chegar nas equações que a gente precisa e explicar todo o resto de interferência em filmes finos, porque eu estou ficando sem tempo neste vídeo. Até o próximo!