Luz e Óptica
A Fenda Dupla na Parede do seu Quarto
Corte duas fendas em papel preto, passe um laser por elas e obtenha o padrão de listras que convenceu os físicos de que a luz é uma onda. Depois use as listras para medir uma distância pequena demais para uma régua.
Difícil · 2 horas
Introdução
Duas fendas, um laser e uma parede. Se a luz fosse simplesmente um monte de balinhas, você esperaria duas listras claras, uma atrás de cada fenda. Não saem duas. Sai uma fileira inteira, com espaçamento regular e vãos escuros no meio.
Este é o experimento mais repetido da física, e a versão na parede do seu quarto é o mesmo experimento. A parte difícil não é a física. É cortar duas fendas próximas o bastante.
O Porquê
As ondas que saem das duas fendas chegam a cada ponto da parede tendo percorrido distâncias ligeiramente diferentes. Onde essa diferença é um número inteiro de comprimentos de onda, as duas se alinham e somam, formando uma listra clara; onde é meio comprimento de onda, elas se cancelam e deixam escuridão. Isso é interferência, e só ondas fazem isso. O espaçamento das listras está ligado ao comprimento de onda da luz e à distância entre as fendas por uma relação simples, o que significa que dá para rodar ao contrário: medir listras separadas por milímetros e calcular uma distância entre fendas pequena demais para medir diretamente.
Instruções Passo a Passo
- 1
Prenda o papel preto bem esticado e liso sobre a janela da cartolina. Antes disso, ponha contra uma lâmpada: se a luz atravessar o próprio papel, as listras vão sumir e você precisa de algo mais opaco.
- 2
Com um adulto, faça dois cortes retos e paralelos no papel, de mais ou menos 1 cm. Apoie a lâmina numa régua e arraste uma vez só. Deixe os cortes o mais perto possível um do outro, bem abaixo de um milímetro.
- 3
Posicione a cartolina para o laser passar pelas duas fendas ao mesmo tempo e seguir até uma parede a pelo menos 3 metros. Prenda tudo com fita, porque uma cartolina que se mexe estraga a medição.
- 4
Escureça o cômodo. O adulto aponta o laser pelas fendas. Ajuste até ver uma fileira de pontos ou listras em vez de uma mancha só. Uma mancha só significa que as fendas estão longe demais uma da outra ou que o feixe só passa por uma delas.
- 5
Meça em metros a distância do papel até a parede e anote. Chame de L.
- 6
Na parede, meça de uma vez ao longo de quantas listras conseguir, de centro a centro, e divida pelo número de vãos que você contou. Essa média é o seu espaçamento de franjas, y. Medir várias listras de uma vez é o que torna isso preciso.
- 7
Calcule a distância entre as fendas: d é igual ao comprimento de onda vezes L, dividido por y. Uma caneta vermelha tem cerca de 650 nanômetros, ou seja 0,000000650 metros. A sua resposta deve cair em torno de alguns décimos de milímetro.
Assista primeiro
Medições das Franjas
Meça o mesmo padrão três vezes sem mexer em nada. Se as três respostas não baterem, o problema é a medição e não a física.
| Tentativa | Distância até a parede L (m) | Listras medidas | Largura total (mm) | Espaçamento y (mm) | d calculado (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Linha 1, Tentativa | Linha 1, Distância até a parede L (m) | Linha 1, Listras medidas | Linha 1, Largura total (mm) | Linha 1, Espaçamento y (mm) | Linha 1, d calculado (mm) |
| Linha 2, Tentativa | Linha 2, Distância até a parede L (m) | Linha 2, Listras medidas | Linha 2, Largura total (mm) | Linha 2, Espaçamento y (mm) | Linha 2, d calculado (mm) |
| Linha 3, Tentativa | Linha 3, Distância até a parede L (m) | Linha 3, Listras medidas | Linha 3, Largura total (mm) | Linha 3, Espaçamento y (mm) | Linha 3, d calculado (mm) |
d é igual a 0,000000650 vezes L, dividido por y, com y convertido antes para metros. Errar por mil entre milímetros e metros é o engano que quase todo mundo comete aqui.