cap. 35 - interferência a luz como onda; princípio de huygens; interferência; mudança de fase:...
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Cap. 35 - Interferência•A luz como onda;
•Princípio de Huygens;•Interferência;•Mudança de fase: material;•Mudança de fase: percurso;
•Experimento de Young;•Coerência;•Intensidade de franjas;
•Mudança de fase: reflexão;•Interferência filmes finos;•Anéis de Newton;
•Interferômetro de Michelson.
A luz como onda• Christiaan Huygens (1629 – 1695)
• 1678: teoria ondulatória para a luz (anterior e menos completa que o eletromagnetismo de Maxwell)
Princípio de Huygens: Todos os pontos de uma frente de onda se comportam como fontes puntuais de ondas secundárias. Após um intervalo de tempo t a nova posição da frente de onda é dada por uma superfície tangente a essas ondas secundárias.
A luz como onda• Lei da refração: Frentes de onda de distância e
velocidade v: pontos e e h como fontes puntuais: e–c e h–g:
frequência se mantém
constante!!!
triângulos hec e hgc:
A luz como onda• Lei da refração:
Defina o índice de refração n:
c = vel. luz vácuo
LEI DE SNELL!!
Por quê?
A luz como onda
• Coloque os comprimentos de onda em ordem crescente para cada meio:
Applet
Interferência• Interferência de ondas: está relacionada com a diferença de fase
entre as ondas.
• Construtiva: em fase (2m)
• Destrutiva: fora de fase ((2m-1))
• A diferença de fase entre duas ondas pode mudar!!!!
m inteiro
Mudança de fase: material
• Mudança na diferença de fase pela propagação em diferentes materiais
n1
n2
L
Sejam duas ondas de mesma fase que em um dado ponto atravessam dois meios diferentes
Ni número de ‘s no meio i (i = 1,2)
Mudança de fase: material
• Mudança na diferença de fase pela propagação em diferentes materiais
n1
n2
L
Sejam duas ondas de mesma fase que em um dado ponto atravessam dois meios diferentes
Ni número de ‘s no meio i (i = 1,2)
Mudança de fase: percurso• Thomas Young (1773 –1829)
• 1801: provou que a luz era uma onda.
• A luz difratada na fenda S1 interfere com a difratada em S2.
• A imagem formada apresenta regiões claras e escuras (franjas): interferência!!
Experimento de Young• Diferença de fase: diferença no percurso
L>>d
Interferência construtiva (franja clara)
Interferência destrutiva (franja escura)
ordem
Experimento de Young• Localização das franjas
L>>d
Interferência construtiva
Interferência destrutiva
Coerência
• Interferência → coerência → intensidade das franjas
• Fontes coerentes → diferença de fase não varia com o tempo
• Maioria das fontes → parcialmente coerentes (ou incoerentes)– Sol: parcialmente coerente– Laser: coerente
• Experiência de Young: 1ª fenda é essencial se a fonte não é coerente
Intensidade de franjas• Suponha duas ondas planas coerentes e em fase saindo das
fendas S1 e S2.
• No ponto P:
diferença de percurso, porém em radianos (diferença de fase)
Intensidade de franjas• Intensidade E2:
Fontes coerentes Fontes incoerentes
Applet
Mudança de fase: reflexão
• Condições de contorno das eq. de Maxwell para onda plana incidente e refletida:
Reflexão Mudança de fase
n menor para n maior 0,5
n maior para n menor 0
Interferência em filmes finos• Interferência das ondas luminosas refletidas pela
superfície anterior e posterior do filme:
• Raios 1 e 2 chegam em fase ao olho do observador: filme claro (interferência construtiva).
• Raios 1 e 2 chegam em fora de fase ao olho do observador: filme escuro (interferência destrutiva).
Interferência em filmes finos• Diferença de fase:
– por reflexão– diferença de percurso– propagação em meios diferentes
• Suponha ângulo pequeno!
• Em fase:
• Fora de fase:
n2 > n3 e n2 > n1
r1 r2
Reflexão
Percurso
Meio diferente
0,5 0
2L
2=/n2
O que ocorre se o filme é muito pequeno?
Anéis de Newton• Anéis de Newton:
• Você consegue achar raios r em que aparecem franjas claras e escuras em função do comprimento de onda da luz e do raio R da placa convexa? (incidência normal e R >> espaço entre placas).
Interferômetro de Michelson• Interferômetro: usado para
medir comprimentos com grande precisão
• A.A. Michelson (1881)
• Definição do metro: Prêmio Nobel (1907)
• 1 m = 1.553.163,5 Cd
1875 – [m] padrão metal Sèvres
Interferômetro de Michelson• Interferência:
• Por diferença de caminho:
• Material diferente (de tamanho L e índice de refração n) na frente do espelho M1:
meio
antes
Interferômetro de Michelson
• Exemplo: Uma câmara selada, com 5,0 cm de comprimento e janelas de vidro, é colocada em um dos braços de um interferômetro de Michelson, como na figura. Uma luz de comprimento de onda = 500 nm é usada. Quando a câmara é evacuada, as franjas se deslocam de 60 posições. A partir destes dados, determine o índice de refração do ar a pressão atmosférica.