Interferência Luminosa

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Dando prosseguimento aos fenômenos ondulatórios, analisemos agora o caso da interferência luminosa.

A interferência pode ser entendida através dos processos de superposição¹ entre duas ou mais ondas, onde as partes denominadas cristas e vales (ver figura abaixo) se sobrepõem, ocasionando aumento, diminuição ou anulação da amplitude da onda resultante.

Figura 13: Partes de uma onda.

Fonte: Próprio autor.

Nessa figura, A é amplitude da onda. Ela pode ser entendida como a distância entre a linha central e a “parte mais alta”, a crista da onda. Na ilustração também encontramos o comprimento de onda λ, que corresponde à distância entre duas cristas (ou dois vales) consecutivas.

Para entender melhor o processo de interferência entre ondas idênticas analise a animação a seguir:

Animação 13: Tipos de interferência.

Fonte: Próprio autor.

A primeira situação da animação, mostra que quando duas ondas idênticas estão em fase, a interferência verificada é construtiva, nesse caso, a onda resultante permanece com a mesma frequência², mas dobra o valor da amplitude em comparação ao das ondas que a formaram. Se há diferença de fase e esta é correspondente à metade do comprimento de onda, a interferência é considerada destrutiva, havendo um cancelamento total entre as ondas (segunda situação da animação). Mas se a falta de fase possuir valor distinto do anterior, a interferência será parcialmente destrutiva, ocasionando diminuição da amplitude da onda resultante, conforme a última situação da animação.

No caso da luz, a interferência foi identificada e estudada pela primeira vez por Thomas Young no início do século XIX. Young observou que a luz incidente em dois furos de alfinete muito próximos produzia franjas de claro e escuro em um anteparo. Essas franjas eram compostas de partes brilhantes (máximos), formadas pela superposição construtiva de dois vales ou duas cristas das ondas resultantes da difração nos orifícios, e de partes escuras (mínimos), obtidas pela interferência destrutiva entre as cristas das ondas oriundas de um dos furos com os vales das ondas originadas no outro. Se ao invés de furos de alfinetes, forem usadas fendas, as franjas obtidas serão observadas em linha reta. Apesar de ter sido feito com duas aberturas, o experimento de Young pode ser realizado com múltiplas fendas, obtendo-se um padrão denominado de rede de difração.

Observe na animação a seguir o processo de interferência obtido através da passagem das ondas luminosas por uma fenda, e posteriormente por duas fendas.

Animação 14: Interferência por duas fendas.

Fonte: Próprio autor.

Na animação, observa-se que ao passar pela primeira fenda as ondas luminosas sofrem difração, curvando-se. Estas sofrem mais difrações ao passarem pelas outras duas fendas. Durante seu percurso até chegar ao anteparo, essas ultimas ondas difratadas sofrem interferências construtivas e destrutivas. Por fim, um padrão de interferência é formado no anteparo, com franjas claras e escuras.

Diversos fenômenos luminosos são resultantes de processos de difração e interferência da luz. É o caso das cores observadas nas bolhas de sabão, na gasolina espalhada no chão, na penugem de algumas aves e etc. Observe o pequeno vídeo abaixo em que é possível visualizar um pequeno espetro colorido na bolha feita com detergente:

Vídeo 2: Padrão de interferência em uma bolha de sabão.

Fonte: Próprio autor.

A bolha mostrada é constituída por uma película muito fina feita de água e detergente (ou sabão em outros casos), essa película faz a separação entre o ar externo e interno à bolha. Se o comprimento de onda da luz que incide sobre ela (no caso do vídeo é a luz do Sol considerada branca) for aproximadamente igual ao da espessura da película, o fenômeno de interferência pode ser observado. Veja na animação a seguir, uma aproximação do que acontece:

Animação 15: Interferência luminosa em uma bolha de sabão.

Fonte: Próprio autor.

A animação mostra que a luz branca, ao atingir a película da bolha, é refletida pela parte interna e externa da película. Estas partes refletidas possuem diferença de fase e ao atingir os olhos provocam interferência destrutiva. Nessa animação, a interferência destrutiva foi na região do amarelo. Nesse caso, o amarelo é subtraído da luz branca e a cor vista é o azul. Isso pode ocorrer para diversas faixas de cores, por isso um espectro colorido pode ser notado nessas formações. Algo semelhante ocorre com a gasolina espalhada em certas superfícies³.

Atividade 6

1) Quais os tipos de interferência e quais as condições para que eles aconteçam?

2) Pesquise o que é a fase de uma onda.

3) De que forma o comprimento de onda pode influenciar o fenômeno da interferência?

4) Pesquise quais cores podem ser vistas quando o azul, o vermelho e o verde são subtraídos da cor branca?

5) Faça um desenho ilustrando uma onda luminosa que passa por 3 obstáculos até atingir um anteparo. O primeiro dos obstáculos possui uma fenda centralizada, o segundo possui duas e o terceiro possui três. Considere que a luz sofra difração em cada uma das fendas.

6) Faça um resumo sobre o fenômeno da interferência.

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Referências

1 A superposição pode ser entendida como uma espécie de soma. É um princípio aplicado em diversos estudos da Física, como no caso da superposição de forças.

2 A frequência é o número de oscilações por unidade de tempo, para entendê-la melhor acesse a página sobre ONDAS ELETROMAGNÉTICAS.

3 HEWITT, P. G. Física Conceitual. 11. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011.