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Experimento de Michelson

Física: Conceito e história — By on março 31, 2011 at 16:20

A idéia de que uma onda que se propagava somente na presença de um meio, no caso da luz que viaja desde o Sol até a Terra, era muito forte, e o éter realizava o papel desse meio permeando todo o espaço. Embora as dificuldades teóricas do éter fossem grandes, a maioria dos físicos tinham a idéia como verdadeira. Assim, nada melhor que um experimento que mostrasse a existência do éter.

Antes de ir ao experimento propriamente dito, será explicado brevemente o conceito de interferência entre duas ondas. Como sabemos, uma onda pode ser caracterizada por uma freqüência e um comprimento de onda. Além disso, comparamos duas ondas analisando a diferença de fase entre elas. Por exemplo: se temos dois emissores de luz laser paralelos e a uma distância de uma parede. Se apertarmos o botão de um emissor e após 1 segundo apertarmos o botão do outro, esses dois feixes de luz terão uma diferença de fase que pode ser dada tanto por 1 segundo como pela quantidade de comprimento de onda que o primeiro laser tem a mais em relação ao segundo quando aquele chega à parede. Chamaremos de interferência destrutiva quando duas ondas, se propagando em sentidos opostos, se cruzam e o efeito de sua superposição é nulo (no experimento, interferência será vista como ausência de luz, ou seja, sombra). Analogamente, chamaremos de interferência construtiva quando dois feixes, se propagando em sentidos opostos, cruzam resultando em uma soma de suas intensidades (no caso do experimento, o brilho visto será o dobro).

Sabia-se na época que a luz se propagava com velocidades diferentes em meios diferentes. A idéia do experimento era então comparar a velocidade de uma onda que se propaga na direção do éter com uma onda que se propaga perpendicularmente ao éter. Ora, a onda que se propaga paralelamente ao movimento do éter irá estar sujeita a uma alteração em sua velocidade de propagação. Por outro lado a onda que se propagasse perpendicularmente ao éter não iria sofrer nenhuma alteração em sua velocidade. A figura abaixo ilustra o experimento, realizado pela primeira vez por Michelson em 1881.

Experimento de Michelson

O experimento funcionaria do seguinte modo: uma fonte de luz monocromática (com uma única freqüência) emite um feixe. Esse feixe se propaga até um espelho semi-refletor, deixando passar metade da luz e refletindo de 90 graus a outra metade. As duas metades então incidem nos dois espelhos E1 e E2, que são totalmente refletores, fazendo assim com que os dois feixes voltem e se superponham novamente no espelho semi-refletor ao centro. O feixe recomposto então incide no anteparo e, através da diferença de fase entre os dois feixes, se tem uma prova real da existência do éter, ou seja, é possível medir a velocidade da Terra em relação ao éter.

Para se ter uma alta precisão na medida, Michelson colocou todo o equipamento do experimento sobre uma chapa totalmente paralela, sendo esta chapa colocada em uma piscina de mercúrio, afim de que qualquer vibração exterior pudesse ser amortecida. Todo o equipamento era possível ser girado de 360 graus sobre a piscina de mercúrio, de modo que em algum momento o feixe seguindo, por exemplo, para o espelho E2, estivesse paralelo ao movimento da Terra em relação ao éter. Esperava-se então que as franjas de interferência que apareceriam no anteparo sofressem um deslocamento quando, por rotação, o aparelho passasse de uma posição onde um feixe estava paralelo ao movimento da Terra para outra qualquer.

Portanto, se uma diferença de fase existisse entre os dois feixes, a existência do éter estaria provada, caso contrário, os físicos da época tais como Michelson, Lorentz e Morley, teriam que dar outras explicações ao fenômeno, sendo elas a favor ou contra a existência do éter. Veremos no próximo texto qual foi o resultado experimental obtido e o que ele implicou  no conceito do éter.

Referência: A experiência interferencial de Michelson; H. A. Lorentz.

 

O experimento funcionaria do seguinte modo: uma fonte de luz monocromática (com uma única freqüência) emite um feixe. Esse feixe se propaga até um espelho semi-refletor, deixando passar metade da luz e refletindo de 90 graus a outra metade. As duas metades então incidem nos dois espelhos E1 e E2, que são totalmente refletores, fazendo assim com que os dois feixes voltem e se superponham novamente no espelho semi-refletor ao centro. O feixe recomposto então incide no anteparo e, através da diferença de fase entre os dois feixes, se tem uma prova real da existência do éter, ou seja, é possível medir a velocidade da Terra em relação ao éter.

Para se ter uma alta precisão na medida, Michelson colocou todo o equipamento do experimento sobre uma chapa totalmente paralela, sendo esta chapa colocada em uma piscina de mercúrio, afim de que qualquer vibração exterior pudesse ser amortecida. Todo o equipamento era possível ser girado de 360 graus sobre a piscina de mercúrio, de modo que em algum momento o feixe seguindo, por exemplo, para o espelho E2, estivesse paralelo ao movimento da Terra em relação ao éter. Esperava-se então que as franjas de interferência que apareceriam no anteparo sofressem um deslocamento quando, por rotação, o aparelho passasse de uma posição onde um feixe estava paralelo ao movimento da Terra para outra qualquer.

Portanto, se uma diferença de fase existisse entre os dois feixes, a existência do éter estaria provada, caso contrário, os físicos da época tais como Michelson, Lorentz e Morley, teriam que dar outras explicações ao fenômeno, sendo elas a favor ou contra a existência do éter. Veremos no próximo texto qual foi o resultado experimental obtido e o que ele implicou no conceito do éter.

Referência: A experiência interferencial de Michelson; H. A. Lorentz.

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