quarta-feira, 15 de junho de 2011

A MEDIÇÃO DA VELOCIDADE DA LUZ

A questão da propagação instantânea da luz foi debatida durante muito tempo. Na antiguidade a hipótese mais crível era que a propagação da luz fosse instantânea, e só poucos sábios ousavam afirmar o contrário, entre os quais alguns árabes. No século XVII, a ideia da velocidade finita da luz começou a ser mais considerada e efectuaram-se estimativas do seu valor: entre outros, Galileu propôs uma experiência que consistia em medir o desvio na visão da luz produzida por uma lanterna muito afastada de um observador, mas esta experiência não conduziu a nenhum resultado significativo, a não ser que a velocidade da luz devia ser extraordinariamente alta.

Na ausência de uma experiência que pudesse esclarecer a questão, o debate era aberto: em particular, Descartes baseava as suas ideias do mundo na propagação instantânea, tendo chegado a afirmar que se alguém conseguisse convencê-lo da falsidade dessa hipótese, estaria pronto a confessar que não sabia nada de filosofia.

Alguns anos depois, em 1676, o dinamarquês Ole Romer conseguiu determinar que a velocidade da luz não podia exceder um dado valor através da observação do período de uma lua de Júpiter.

A experiência mais conclusiva do tamanho da velocidade da luz foi realizada em 1849 pelo francês Hippolyte Fizeau (1819-1896), tendo sido sucessivamente melhorada por Leon Foucault (1819-1868): foi significativo eles terem conseguido fazer medições usando distâncias “terrestres”, ou seja sem precisar de observações astronómicas. O aparelho experimental de Fizeau era constituído por uma roda dentada por trás da qual se situava o observador e um espelho colocado a 8,6 km de distância. O observador colocava a roda em movimento e enviava um sinal luminoso que era reflectido pelo espelho e, voltando para atrás, podia ser visível ou não conforme um dente da roda se encontrasse no seu caminho. O expediente da roda era necessário enquanto o tempo que a luz demora a percorrer 17 km é cerca de 1/20000 de segundo. Era necessário colocar a roda em rotação a uma certa frequência de modo a que o raio, ao voltar, encontrasse um dente: medindo esta frequência foi possível efectuar uma estimativa da velocidade da luz.

Então, considerando que a roda fazia N rotações por segundo o seu período era  T= 1/N  e o tempo necessário para trocar entre um espaço livre e um dente era delta t = 1 / 2DN, sendo D o número de dentes. Considerando o espelho  a uma distância R, a velocidade da luz podia ser calculada como v= 2R / delta t  = 4 R D N. A roda de Fizeau tinha 720 dentes e ele achou N=12,5 Hz, obtendo o valor v=315 000 km/s. O defeito deste método é que depende da sensibilidade do observador distinguir se o raio de luz desapareceu ou não. Alguns anos depois Foucault aperfeiçoou o método de Fizeau usando um aparato experimental em tudo semelhante mas substituindo a roda dentada por um dispositivo octogonal rolante com um espelho de cada lado. A fonte luminosa iluminava um lado do dispositivo, cujo espelho reflectia o raio luminoso na direcção de um outro espelho fixo mais longe. Voltando para trás, o raio chegava ao espelho rotante que tinha mudado de posição: o raio era, portanto, reflectido com um ângulo diferente que era mensurável. Desta forma a observação do desaparecimento do raio de luz era substituída pelo seu desvio angular, que podia ser facilmente medido, dando então um valor mais certo. Com este método Foucault obtive o valor de v = 298 000 km/s, um valor que difere do valor real em menos do que 1%. Com este equipamento Foucault conseguiu medir a velocidade da luz num tubo de água e demonstrar que ela é inferior a velocidade em vazio. O mesmo Fizeau repetiu esta experiência pouco depois e confirmou a validade dos resultados obtidos: a importância disto foi que estas medições confirmavam a teoria ondulatória da luz e invalidavam a teoria corpuscular.

Caterina Umiltà

5 comentários:

  1. Explicação muito boa! Ainda mais pra mim que nunca havia pensado em como a velocidade da luz era medida.

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  2. Este comentário foi removido pelo autor.

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  3. E, como ele chegou aos valores de 720 dentes e frequência de 12,5 Hz, seriam ideais para se chegar ao valor de 315 000km/s...???

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