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Introdução da dupla fenda de Young

Podemos ver interferência em ação se nós projetarmos uma luz de laser através de duas fendas em uma tela. Versão original criada por David SantoPietro.

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Transcrição de vídeo

RKA7MP Para mim, o experimento da fenda dupla de Young é um dos experimentos mais elegantes da física. E você já entendeu porque ele é tão elegante. Mas , basicamente, eu pego uma onda, por exemplo, de um laser ou de uma outra fonte de luz, e eu envio estas ondas para passarem por duas fendas. Mas você pode pensar: "O que é isto que eu estou desenhando?" e dizer que está acostumado com aquela representação de onda que é mais ou menos algo assim, e se perguntar por que a onda está diferente. Esta maneira de representar onda aqui de baixo é a representação de onda em uma dimensão. Para este experimento, para a gente ver o que acontece, para não ficar tão poluído o nosso desenho, eu preciso representar as ondas desta maneira. Esta é a representação bidimensional da propagação de onda. E é bem fácil de entender, na verdade, porque todos estes pontos, todas as linhas verdes que estou desenhando equivalem à crista de uma onda. E no meio dela, vocês já devem ter imaginado, e se imaginaram estão corretos, eu tenho o vale da onda. Então, crista, vale, crista, vale, crista, vale e assim vai. E o que acontece agora de interessante é que eu tenho um certo bloqueio, algum objeto bloqueando esta a onda de se propagar, e eu deixo só duas fendas para esta onda se propagar. Quando a onda chega aqui na frente, esta parte não vai conseguir passar, esta parte também não vai conseguir passar e esta parte também não vai conseguir passar. Então, a parte que passa é mais ou menos esta porção da onda, e aqui também é esta porção da onda. Você pode pensar que quando esta onda passar por aqui, ela vai se propagar aqui, e vai se propagar por aqui, e eu não ter nada de especial, não é? Eu vou ter um ponto luminoso e, aqui, outro ponto luminoso. Não, não vai ser isso que vai acontecer, nós vamos ter um padrão, porque estas ondas vão começar a se propagar desta maneira, esta maneira de se propagar depois de passar por esta fenda é chamada de difração. Esta onda começa a se propagar e elas vão indeferir uma com a outra. O que nós vamos ver, eu vou desenhar daqui a pouco, vou apagar tudo que o desenhei para não ficar poluído este desenho, e eu vou desenhar a propagação correta. Aqui está a propagação correta. Parece bem mais complicada, mas não. Na verdade, são as mesmas ondas se propagando a partir desta fenda, se propagando de uma maneira esférica. Vou desenhar de novo aqui. O que nós vamos observar é que existem os pontos de interferência construtiva e os pontos de interferência destrutiva. Lembrem-se de que cada linha equivale a uma crista da onda. Aqui eu tenho uma crista se encontrando com uma crista, aqui eu tenho mais uma crista se encontrando com uma crista, aqui também, aqui também, aqui também. Você já pode perceber um padrão que acontece aqui. Eu vou ter uma linha que percorre isto tudo e dá um primeiro ponto luminoso de interferência construtiva na parede. E também aqui tem a mesma coisa, tem uma crista com uma crista, uma crista com uma crista, outra crista com uma crista, outra crista e assim vai. Eu tenho mais uma linha que chega até um segundo ponto construtivo. E, da mesma maneira, eu tenho pontos de interferência destrutiva. Deixe-me ver um ponto que fica fácil de desenhar. Vou pegar outra cor. Se vocês se lembram, quando eu tenho no meio da onda, tem aqui o vale da onda, e quando o vale se encontrar, por exemplo, com a crista, eu vou ter uma interferência destrutiva. Quando o vale encontra com uma crista, eu tenho uma interferência destrutiva. Aqui eu também tenho uma interferência destrutiva, aqui e aqui também, e isto me daria também uma linha que passa e se propaga na parede e me dá uma interferência destrutiva. Se eu desenhar mais uma linha construtiva que vai passar por esta linha, lembrem-se de intersecção das cristas, aqui eu tenho mais um ponto construtivo, e os pontos destrutivos ficariam mais ou menos na metade, a mesma coisa continuaria para baixo se você quisesse continuar desenhando para baixo. E o interessante é que, se a gente for desenhar o gráfico da intensidade luminosa que chega neste anteparo, a gente teria alguma coisa mais ou menos assim: eu teria uma grande intensidade que decairia até chegar em zero no ponto de interferência destrutiva. Subiria mais um pouco até chegar no pico e depois voltaria para zero. E depois a mesma coisa, só que um pouquinho menor, até chegar no máximo e depois voltar para zero. Estes pontos não continuariam indefinidamente, uma hora eles acabariam, de certa forma, se apagando com uma intensidade até chegar em um ponto em que a gente não conseguisse mais visualizá-los. O que é interessante e que nós vamos aprender agora é, vocês se lembram daquela relação de diferença de distância andada entre os comprimentos de onda. Por exemplo, tem o delta "x" (Δx) que é a diferença entre o caminho andado pelas ondas, isto se for zero, λ, 2λ, 3λ e assim vai, isto daqui vai resultar em uma interferência construtiva. Qual vai ser... (deixe-me ir um pouco para o lado aqui) Qual vai ser a diferença entre os caminhos andados pelas ondas? Você pode dizer que é zero, mas como você prova que é zero? Você prova que é zero pegando a distância que esta onda andou até chegar aqui e a distância que esta onda andou até chegar aqui. Se estas fendas estão igualmente espaçadas do centro delas, o que elas realmente estão, este ponto aqui, esta distância vai ser x₁ e esta distância vai ser x₂, se eu pegar a diferença entre x₁ e x₂ isto vai ser igual a zero. Mas lembrem-se que a gente tinha uma regra para caso aconteça uma inversão de fase, este ponto, na verdade, daria uma interferência destrutiva. Como eu sei que aqui não tem uma inversão de fase? É só se lembrar que a onda está sendo enviada pela mesma fonte. Quando a onda chega aqui, se aqui passar uma crista, aqui embaixo também passará uma crista, porque é a mesma onda que está se propagando. Agora, vamos partir para o próximo ponto. Vou fazer de outra cor, com um vermelho. Se eu tenho essa distância até o próximo ponto construtivo, e eu tenho esta distância que é a parte da onda que estava mais em baixo e vai andar até este primeiro ponto, qual vai ser a diferença entre o caminho andado pelos comprimentos de onda neste caso? A diferença vai ser, você já pode até olhar aqui e adivinhar, vai ser exatamente λ. Mas por favor, não se enganem. λ não é esta distância aqui. Normalmente, as pessoas se confundem. Esta distância não é λ. λ é a diferença entre o caminho andado pelas ondas que estão se propagando. Por exemplo, se eu desenhasse uma linha que faz um ângulo de 90 graus com esta parte aqui embaixo, a diferença seria, vou fazer de outra cor para não ficar confuso, seria essa distância aqui. Isto aqui seria o Δx, a diferença entre os caminhos percorridos pelos comprimentos de onda. E, da mesma maneira, se vocês se lembram dos últimos vídeos, esta interferência destrutiva seria qualquer número não inteiro. Por exemplo, como é a primeira interferência destrutiva, isto seria λ sobre 2, isto seria 3λ sobre 2, 3λ / 2, e assim vai indefinidamente. Ok! Agora eu vou pausar este vídeo, e nós vamos para a parte 2.