Interferência

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Interferência é um fenômeno descrito pelo cientista inglês Thomas Young, sendo que este fenômeno representa a superposição de duas ou mais ondas num mesmo ponto. Esta superposição pode ter um caráter de aniquilação, quando as fases não são as mesmas (interferência destrutiva) ou pode ter um caráter de reforço quando as fases combinam (interferência construtiva). Exemplo: Quando escutamos música em nosso lar, percebemos que certos locais no recinto são melhores para se ouvir a música do que outros. Isto se deve pelo fato de nestes pontos as ondas que saem dos dois alto-falantes sofrem interferência construtiva. Ao contrário, os locais onde o som está ruim de ouvir é causado pela interferência destrutiva das ondas.

É muito interessante a aplicação do princípio da interferência no entendimento da Mecânica Quântica. Exemplo: Uma perturbação, tipo um golpe, numa superfície líquida geraria uma onda em todas as direções a partir do ponto de incisão. Ao deparar-se com um anteparo interferindo no caminho das ondas com duas fendas abertas, ao passarem por este, o desenho das ondas seria redefinido e, ao atingir um segundo anteparo com quatro fendas, teríamos um desenho clássico das "franjas" gerado pelas ondas. Ao fazermos uma experiência semelhante com partículas tipo elétrons ou nêutrons, seria esperado um desenho diferente, baseado na física clássica, onde ao atingirem o primeiro artefato, passariam pelas duas fendas e atingiriam o segundo artefato em duas fendas também, sem invocar o desenho clássico de franjas (ondas). No entanto, isso não ocorre. O desenho final é o mesmo das "franjas", o que demonstra um comportamento ondular nessas partículas. O que conclui uma dualidade de propriedades: ora partícula, ora onda. Esse é a chamada dualidade onda-corpúsculo.[1]

Mecanismo[editar | editar código-fonte]

Interferência de ondas de duas fontes pontuais.

O princípio da sobreposição de ondas afirma que, quando duas ou mais ondas são incidentes sobre o mesmo ponto, o deslocamento total nesse ponto é igual à soma vectorial dos deslocamentos das ondas individuais. Se a crista de uma onda encontra uma crista de uma outra onda da mesma frequência no mesmo ponto, então a magnitude do deslocamento é a soma das magnitudes individuais - esta é a interferência construtiva. Se a crista de uma onda encontra uma calha de uma outra onda, em seguida, a magnitude dos deslocamentos é igual à diferença entre as grandezas individuais - isto é conhecido como uma interferência destrutiva.

Resultante
onda
Interference of two waves.svg
Onda 1
Onda 2

Interferência construtiva
Interferência destrutiva

Interferência construtiva ocorre quando a diferença de fase entre as ondas é um múltiplo de 2π, ao passo que a interferência destrutiva ocorre quando a diferença é π, 3π, 5π, etc. Se a diferença entre as fases é intermédia entre estes dois extremos, em seguida, a magnitude do deslocamento das ondas somados situa-se entre os valores mínimo e máximo. Considere, por exemplo, o que acontece quando duas pedras idênticas são descartados em uma piscina de água ainda em locais diferentes. Cada pedra gera uma onda circular de propagação para o exterior a partir do ponto onde a pedra foi deixada cair. Quando as duas ondas se sobrepõem, a deslocação líquida num ponto particular é a soma dos deslocamentos das ondas individuais. Em alguns pontos, estes serão em fase, e irá produzir um deslocamento máximo. Noutros locais, as ondas estarão em anti-fase, e não haverá nenhum deslocamento do líquido nesses pontos. Assim, as partes da superfície serão estacionárias - estas são vistas na figura acima, e para a direita como linhas estacionárias azul-verdes irradiando a partir do centro.[2]

Entre duas ondas planas[editar | editar código-fonte]

Disposição geométrica para duas interferências de ondas planas
Franjas de interferência em sobreposição de ondas planas

Uma forma simples de padrão de interferência é obtida se duas ondas planas da mesma frequência cruzam em ângulo. Interferência é essencialmente um processo de redistribuição de energia. A energia que é perdida a interferência destrutiva é recuperada na interferência construtiva. Uma onda se desloca na horizontal, e a outro está viajando para baixo segundo um ângulo θ para a primeira onda. Assumindo que as duas ondas estão em fase no ponto B, então as mudanças de fase relativas ao longo do eixo x. A diferença de fase no ponto A é dada por

 \Delta \varphi = \frac {2 \pi d} {\lambda} = \frac {2 \pi x \sin \theta} {\lambda}

Pode ser visto que as duas ondas estão em fase quando

 \frac {x \sin \theta} {\lambda} = 0, \pm 1, \pm 2, ...,

e são meio ciclo fora de fase quando

 \frac {x \sin \theta} {\lambda} = \pm \frac {1}{2}, \pm \frac {3}{2}, ...

Interferência construtiva ocorre quando as ondas estão em fase, e a interferência destrutiva quando eles são um meio ciclo de fase. Assim, um padrão de franjas de interferência é produzido, em que a separação do máximo é

 d_f = \frac {\lambda} {\sin \theta}

e df é conhecido como o espaçamento de franjas. As franjas são observadas onde as duas ondas se sobrepõem e o espaçamento de franja é uniforme.[3]

Entre duas ondas esféricas[editar | editar código-fonte]

Wavepanel.png

Uma fonte pontual produz uma onda esférica. Se a luz a partir de duas fontes pontuais se sobrepõem,a interferência padrão mapeia o caminho em que a diferença de fase entre as duas ondas varia no espaço. Isto depende do comprimento de onda e das distâncias relativas das fontes pontuais. A figura à direita mostra a interferência entre duas ondas esféricas pontuais de diferentes comprimentos de onda e distância de fontes. Os aumentos de comprimento de onda de cima para baixo, e a distância entre as fontes da esquerda para a direita. Quando o plano de observação é suficientemente longe, o padrão de franjas serão uma série de linhas quase retas, uma vez que as ondas serão, então, quase planas.[4]

(Trechos traduzidos da wikipedia de língua inglesa)

Experiência de Young[editar | editar código-fonte]

Ilustração da Experiência de Young

Uma das formas mais comuns de representar e ilustrar o fenômeno da interferência é através da Experiência da Dupla Fenda de Thomas Young que foi criado usando, além da interferência, a difração. O físico britânico criou seu experimento a partir de dois anteparos, na imagem, "S1" e "S2", e uma tela de observação "F"; no primeiro anteparo ele fez um pequeno orifício "a" e, no segundo, dois orifícios "b" e "c". A luz do sol entrava por "a", difratando-se até atingir o segundo anteparo, onde passava pelas fendas "b" e "c" e, a partir daí, difratava-se novamente na região entre "S2" e "F", ocorrendo uma sobreposição das ondas gerando interferências, tanto construtivas quanto destrutivas, dependendo de onde.[5] Dessa forma, na tela de observação, facilmente notava-se um padrão, como o da imagem ao lado, de interferências: as áreas brancas eram regiões de interferência construtiva, onde a luz chegava intensamente, e as áreas negras regiões de interferência destrutiva, nas quais nem sequer havia presença de luminosidade. Assim, é possível notar como a fase das ondas no momento em que se sobrepõe influencia totalmente a onda resultante.[6]

Referências

  1. PEREIRA, P. A. CAVALCANTI, C. J.H. OSTERMANN, F. Concepções relativas à dualidade onda-partícula: uma investigação na formação de professores de Física. Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias Vol.8 Nº1 (2009)
  2. HALLIDAY, David. RESNICK, Robert e WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica vol.2: 8ª edição, 2008.
  3. HALLIDAY, David. RESNICK, Robert e WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica vol.2: 8ª edição, 2008.
  4. Richard Feynman, 1969, Lectures in Physics, Book 1, Addison Wesley, Reading, Mass.
  5. BRAUN, Luci; BRAUN, Thomas. . "A montagem de Young no estudo da interferência, difração e coerência de fontes luminosas". Caderno Catarinense de Ensino de Física, v. 11, n. 1, dez, 1994.
  6. FILHO, Jenner; SIQUEIRA, Antonio. . "O experimento da dupla fenda como exemplo de incognoscibilidade?". Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 15, n. 1 a 4, 1993.

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

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