quarta-feira, 15 de junho de 2011

Experiência da Dupla Fenda

A experiência da dupla fenda foi efectuada pela primeira vez em 1801 por Thomas Young, nascido em 1773. Este cientista inglês, que estudou vários outros assuntos, apresentou pela primeira vez essa experiência à Royal Socienty of London, em 24 de Novembro de 1803. A audiência acreditava que a luz era constituída por partículas que viajavam em feixes paralelos, tal como Isaac Newton tinha afirmado, negando-lhe a natureza ondulatória proposta por Christian Huygens.

A experiência original não incluía duas fendas: Young usou um feixe de luz solar estreito que entrava paralelamente pela janela, para o que necessitava de um assistente fora da sala para direccionar o feixe correctamente, com um espelho, para um obturador. Colocando um cartão virado de lado a atravessar o feixe, dividindo-o em dois, Young verificou que a sombra projectada tinha franjas de difracção idênticas às observadas na interferência de ondas, em vez da projecção esperada. Quando Young usava outro cartão encostado perpendicularmente ao primeiro para tapar uma das metades por onde o feixe passava, as franjas desapareciam, concluindo tratar-se de um comportamento de interferência da luz. Apoiou estas observações com outra experiência na qual mostrou como as ondas propagadas num tanque de água se comportavam da mesma forma.

Young explicou este comportamento recorrendo à teoria ondulatória da luz, na qual a luz é tomada como uma onda a propagar-se num meio, como o éter, e os resultados eram consistentes com o princípio de Huygens-Fresnel. Uma experiência tão simples como a da dupla fenda era irrefutável pela facilidade com que podia ser reproduzida e as suas implicações tiveram de ser aceites pela Royal Society of London. Tal tornou possível que se passasse a prever, tal como Huygens tinha feito, o trajecto da propagação da luz através das frentes de onda, que geravam uma nova série de círculos concêntricos em número suficientemente grande para que, unindo todos estes círculos resultantes pelas suas tangentes, se encontrasse a nova frente de onda e assim sucessivamente. Fresnel provou que não havia contradição entre a característica ondulatória da luz e o facto de ela se propagar em linha recta num meio homogéneo, baseando-se na teoria de Huygens para tratar todos os fenómenos de refracção e interferência conhecidos no seu tempo. As observações de Young encontram-se descritas no seu artigo de 1803 Experiments and Calculations Relative to Physical Optics e o seu discurso aquando da apresentação dos resultados foi publicado no ano seguinte nas Philosophical Transactions.

Consegue-se o mesmo resultado usando uma fonte de luz a atravessar as duas fendas, o que foi feito posteriormente, levando ao nome desta experiência. Com este tipo de montagem experimental facilmente se consegue não só observar o padrão de interferência, mas também medir o comprimento de onda da luz usada, se se souber a distância entre as fendas, a distância entre as fendas e a projecção e a distância da banda luminosa ao máximo central. É, portanto, uma experiência que tem todo o interesse no ensino de óptica.

As franjas claras observam-se quando a crista de uma onda se encontra com outra, havendo interferência construtiva, enquanto as escuras resultam de interferência destrutiva, quando uma crista e um vale se encontram, conseguindo-se facilmente determinar quando ocorre cada tipo de interferência.

A experiência foi levada a cabo vezes incontáveis após Young e também, a partir de 1920, depois da dualidade onda-corpúsculo da luz ter sido admitida. Efectuou-se, por exemplo, usando lasers como fontes de luz e feixes de tal modo atenuados que só é enviado um fotão de cada vez, continuando mesmo assim a detectar-se as franjas de interferência. Tentou-se inclusivé detectar por que fenda passava este fotão e descobrir como se formava um padrão de interferência. A experiência foi realizada apenas com feixes de luz até 1961, quando Clauss Jönsson a executou com electrões, encontrando resultados análogos de interferência.

Fechar uma das fendas equivale a tapar com um cartão a metade do feixe de luz que passava por um dos lados do cartão de Young, isto é, em vez das franjas escuras e claras observa-se um padrão de difracção normal. A experiência da dupla fenda tornou-se muito importante em Física, sendo actualmente referida acima de tudo no quadro da teoria quântica.

Young deu ainda contribuições a áreas como a elasticidade e fenómenos capilares, mas as suas descobertas para estabelecer a teoria ondulatória da luz foram as mais importantes da sua carreira. Permitiram que no novo século se ultrapassassem as ideias de Newton na óptica.

Natacha Violante Gomes Leite


Referências:

http://www.cavendishscience.org/phys/tyoung/tyoung.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment
http://en.wikipedia.org/wiki/Thomas_Young_(scientist)

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