Interferência

É praticamente impossível a obtenção na prática de duas fontes luminosas distintas que sejam coerentes. Não é possível garantir a concordância de fases em fontes luminosas distintas.

O dispositivo de Young que passaremos a descrever consegue simular duas fontes luminosas coerentes a partir de um artifício muito simples, onde a luz proveniente de uma única fonte é dividida em duas partes simulando as fontes coerentes.

O dispositivo de Young, baseado no Princípio de Huygens, é constituído por um anteparo A com uma fenda, paralelo a um anteparo B com duas fendas F1 e F2 estreitas e muito próximas e um terceiro anteparo C também paralelo como está mostrado na figura abaixo.
É importante salientar que as fendas do anteparo B devem ser eqüidistantes da fenda do anteparo A

Qual é o resultado da interferência entre as radiações luminosas produzidas por duas fontes luminosas monocromáticas e coerentes? OND040103

Uma fonte luminosa F é colocada próxima à fenda do anteparo A.
A fenda funcionando como uma fonte emite luz que atinge as fendas F1 e F2 simultaneamente.
As fendas F1 e F2 passam a funcionar como fontes de luminosas de mesma freqüência, amplitude e em fase, uma vez que recebem a mesma onda luminosa ao mesmo tempo.
A imagem da interferência da luz proveniente das fendas F1 e F2 é formada no anteparo C, sendo constituída por regiões claras e escuras alternadas que serão denominadas de franjas de interferência.
As franjas claras corresponderão a uma interferência com reforço e as franjas escuras a uma interferência com anulação como já foi visto para as ondas mecânicas nas consultas OND010304 e OND010305.

A franja escura será formada numa posição tal que a diferença das distâncias (diferença de marcha) às fendas F1 e F2 é um número impar de meios comprimento de onda.
A franja clara será formada numa posição tal que a diferença das distâncias (diferença de marcha) às fendas F1 e F2 é um número par de meios comprimento de onda. Uma franja clara será formada também quando a diferença das distâncias for zero.

franja escura >>> d1 - d2 = (2k + 1).l / 2
franja clara >>> d1 - d2 = 2k.l / 2
para k = 0, 1, 2, 3........

Como calcular o comprimento de onda de uma radiação luminosa monocromática utilizando o dispositivo de Young? OND040104

Consideremos o dispositivo de Young mostrado na consulta anterior OND040103.
Vamos determinar o comprimento de onda da radiação luminosa propagada a partir das fendas F1 e F2, como mostra a figura.

A distância d entre as fendas é muito pequena em comparação com a distância L entre os anteparos B e C.
Seja y a distância da franja escura considerada à franja clara central da figura de interferência formada no anteparo C, sendo y também muito pequena em relação a L.
Consequentemente o ângulo q é muito pequeno e podemos confundir o seu valor com o seno e a tangente >>> q = sen q = tg q veja consulta TRG020105.
Seja D a diferença de marcha entre as radiações provenientes de F1 e F2 até atingirem a posição da franja escura considerada.

Na figura estão mostrados dois triângulos retângulos com ângulo agudo q .
No triângulo menor temos q = sen q = D / d
No triângulo maior temos q = tg q = y / L
Igualando os valores de q temos D / d = y / L >>> D = y.d / L

Considerando por exemplo a segunda franja escura a partir da franja clara central teremos:

D = 3l / 2 >>> 3l / 2 = y.d / L >>> l = 2y.d / 3L

Qual é o resultado da interferência entre as radiações luminosas produzidas por luz heterocromática utilizando o dispositivo de Young? OND040105

Como ocorre a interferência entre radiações luminosas nas películas de pequena espessura? OND040106

Consideremos uma radiação luminosa incidente numa película de pequena espessura mostrada na figura. Parte da luz incidente se reflete na primeira superfície e uma segunda parcela penetra na película, refletindo-se em seguida na segunda superfície, voltando à primeira superfície por onde sai da película.
Um observador recebe luz refletida na primeira superfície e na segunda superfície percebendo uma interferência entre estas duas parcelas da radiação luminosa. A diferença de marcha das radiações superpostas pode dar origem a uma interferência com reforço ou com anulação.

Observação importante:

Neste tipo de interferência a mudança de posição do observador produz uma alteração na diferença de marcha entre a luz refletida nas duas superfícies acarretando uma mudança do aspecto da figura de interferência observada.

Qual é o resultado da interferência entre as radiações luminosas por reflexão em películas de pequena espessura como por exemplo em bolhas de sabão e camadas de óleo espalhadas pelo chão? OND040107

Se a radiação luminosa é monocromática o observador percebe uma figura de interferência constituída por regiões claras e escuras. Se a radiação luminosa é heterocromática o observador percebe uma figura de interferência constituída por regiões coloridas com várias cores diferentes.

Na fotografia da esquerda a a espessura da lâmina de sabão varia devido ao peso da solução do sabão em água. Esta variação da espessura acarreta uma variação da distância entre as franjas coloridas mostrada na fotografia.
Na fotografia da direita vemos uma figura de interferência que não é estática. A experiência prática nos mostra que a figura muda de posição e de cor devido à variação de posição da bolha de sabão e do observador.

As fotografias a seguir nos mostram a figura de interferência de uma luz heterocromática numa lâmina de óleo derramado no chão.
Estas figuras variam com a espessura da lâmina e da posição do observador (máquina fotográfica no caso).

Colocamos um bloco de material transparente com uma superfície curva, pode ser uma lente, sobre uma superfície plana.
A luz incidente sofre uma reflexão na superfície curva e outra na superfície plana, como mostra a figura. As radiações emergentes no retorno ao meio de origem apresentam uma diferença de marcha que depende da espessura da camada de ar entre a superfície curva e a plana, acarretando uma interferência com reforço ou anulação.
Se a superfície curva for esférica um mesmo tipo de interferência ocorrerá numa região circular produzindo uma figura denominada de Anéis de Newton.

Qual é o aspecto dos Anéis de Newton produzidos por luz monocromática e heterocromática? OND040109

Se a luz utilizada for monocromática os anéis serão claros e escuros, como mostra a fotografia abaixo.

Se a luz utilizada for heterocromática os anéis serão coloridos como mostram as fotografias abaixo.

Utilização prática importante:

A forma dos anéis é utilizada para avaliar, com grande precisão, a regularidade do polimento da superfície curva, quando se utiliza uma superfície plana padrão.

A fotografia mostra irregularidades no polimento da superfície esférica por meio dos Anéis de Newton

Como avaliar irregularidades em lâminas planas de material transparente utilizando a interferência luminosa OND040110

Colocando uma lâmina plana de teste sobre uma lâmina plana padrão é possível avaliar a regularidade da lâmina que vai ser testada pela interferência provocada pela reflexão nas superfícies de contacto.

A fotografia mostra a figura de interferência entre as duas lâminas evidenciando as irregularidades existentes.

As plumas de muitas aves são revestidas por uma resina transparente natural, cujo objetivo é a impermeabilização das penas.
A dupla reflexão da luz na camada de resina produz uma figura de interferência colorida de grande beleza, principalmente porque muda de aspecto com a posição do observador em relação à ave.

O Interferômetro de Michelson é constituído basicamente dos seguintes componentes:

Fonte luminosa monocromática e um colimador cuja função é produzir raios luminosos paralelos.
Espelho semitransparente cuja função é refletir parte da luz incidente e transmitir a outra parte.
Espelho 1, móvel cuja função é refletir a luz proveniente do espelho semitransparente.
Espelho 2, fixo cuja função é refletir a luz proveniente do espelho semitransparente.
Observador cuja função é detectar e analisar a interferência das radiações luminosas provenientes dos espelhos 1 e 2.

Observação interessante:

Alguns físicos não concordam com a denominação colimador que vem do latim limare = afinar, investigar com precisão e propõem a denominação colineador que vem do latim collineare = colocar em linha reta.

O observador recebe das radiações, uma proveniente do espelho 1 (E1) e outra do espelho 2 (E2) que produzem uma interferência vista pelo observador.

Quando E1 se desloca de d a diferença de marcha entre as radiações recebidas pelo observador varia de 2d.
Exemplificando, suponhamos que o observador esteja percebendo inicialmente uma franja escura:

deslocamento de E1 d	variação da diferença de marcha	interferência percebida pelo observador
0	0	franja escura
l / 4	l / 2	franja clara seguinte
l / 2	l	1^a franja escura seguinte
l	2l	2^a franja escura seguinte
3l	6l	6^a franja escura seguinte
n/2 l	nl	n^a franja escura seguinte

Utilizações do Interferômetro de Michelson:

medida de pequenas distâncias com grande precisão.
medida do metro padrão do SI encontrando um valor de 1553164 comprimentos de onda da radiação vermelha do cádmio.
medida da velocidade da luz.

Como as medidas da velocidade da luz realizadas com o Interferômetro de Michelson interferiram na formulação da Teoria da Relatividade.OND040114

Um dos postulados da Teoria da Relatividade afirma que a velocidade da luz no vácuo é uma constante que não depende do referencial.

A comprovação experimental deste postulado foi realizada em experimentos onde utilizou-se o Interferômetro de Michelson.
Foram realizadas medições da velocidade da luz em localidades diferentes do planeta na direção do paralelo terrestre, no sentido de rotação da Terra e no sentido contrário, realizaram medidas na direção do meridiano terrestre no sentido sul - norte e no sentido contrário. Ficou demonstrado experimentalmente que a velocidade de propagação da luz não depende do movimento da Terra, sendo portanto independente do referencial.