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.

    ResponderEliminar
  2. Este comentário foi removido pelo autor.

    ResponderEliminar
  3. Este comentário foi removido pelo autor.

    ResponderEliminar
  4. 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...???

    ResponderEliminar