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Resultados do Experimento de Michelson

Física: Conceito e história — By on abril 4, 2011 at 21:10

Como foi explicado no último texto, Michelson construiu em 1881 um aparato experimental que, segundo ele, seria suficiente para comprovar a existência do tão almejado éter. Assim, sendo o equipamento todo possível de ser girado de 360 graus, tínhamos que se as franjas de interferência que apareciam no anteparo sofressem um deslocamento quando, durante a rotação, o aparelho passasse de uma posição qualquer para uma posição em que uma componente do feixe estivesse paralela ao movimento da Terra, então a existência do éter estaria provada. Caso contrário, se nenhuma alteração fosse constatada, haveria grandes problemas conceituais a serem enfrentados.

O experimento feito primeiramente apenas por Michelson foi então realizado em 1881, e podemos ter seu resultado pelas palavras do próprio Lorentz: De tal desvio de franjas, que a alteração no tempo de propagação deveria determinar, e que por brevidade, chamaremos desvio de Maxwell, não se encontrou porém o menor vestígio. Vemos obviamente que o experimento não obteve o sucesso esperado por Michelson.

Uma análise imediatamente após o experimento, feita pelo próprio Michelson e mais alguns físicos mostrou que o valor esperado do desvio das franjas tinha sido erroneamente calculado. Michelson esperava obter um desvio duas vezes maior do que o valor correto, previsto pela teoria de Fresnel. Assim, corrigindo esse erro, e dada o nível de precisão do aparelho, tem-se que os desvios das franjas esperados poderiam ficar encobertos pelo erro do aparelho, ou seja, o aparelho apresentava um erro de medida maior que o desvio esperado. Portanto era preciso diminuir o erro da observação, aumentando a precisão do aparelho.

Para isso, Michelson retomou, em 1887, o experimento, com ajuda agora do experimentador Morley. Para melhor a sensibilidade do equipamento, Morley fez com que o feixe luminoso refletisse varias vezes entre vários espelhos, aumentando assim o caminho do feixe para 22 metros, o que aumentaria o desvio das franjas a ser medido. Assim, pela teoria de Fresnel, era de se esperar um desvio de 0,4 da distância entre as franjas de interferência. Infelizmente para os dois cientistas, na rotação do equipamento de 360 graus, não foram observados desvios superiores a 0,02 da distância entre as franjas, ou seja, provavelmente este valor estava associado ao erro do experimento. Assim, novamente o experimento para provar o éter falhou, sendo que desta vez o equipamento possuía boa sensibilidade capaz de detectar o desvio esperado caso ele realmente existisse.

Mesmo com tais resultados, alguns físicos da época continuavam acreditando na existência do éter, e devido a isso várias explicações, tanto com relação ao experimento como ao comportamento do éter, eram dadas a fim de se manter firme sua idéia. Talvez a principal delas seja a de que a camada de éter mais próxima da Terra não estaria em repouso, mas em movimento junto com a Terra, e assim o resultado não poderia ser observado. Entretanto, Lorentz, um grande defensor do éter, argumentou que as dificuldades existentes nessa explicação eram grandes de mais para ser levada em conta.

De fato, a teoria da relatividade especial de Einstein teve sua motivação pelo fato do experimento de Michelson não ter obtido sucesso em detectar o éter. Nesta teoria, existem algumas equações que são deduzidas para corpos em velocidades próximas à da luz. Por outro lado, Lorentz, ao ver os resultados negativos do experimento, não negou a existência do éter. Em vez disso, ele procurou outra maneira de resolver a contradição entre a teoria ondulatória de Fresnel e o resultado de Michelson. Partindo do principio de que o éter existia, Lorentz percebeu que se um braço do experimento fosse menor que outro por um certo valor, o desvio das franjas apareciam. No entanto sabemos que os dois braços do equipamento devem ter o mesmo comprimento. Assim, Lorentz teve uma idéia inovadora, e no entanto rudimentar de que um dos braços do aparelho sofria uma contração durante o experimento. Supondo isso, ele chegou em algumas equações que regiam o movimento neste caso, conhecidas hoje em dia como equações de Lorentz. Curiosamente essas equações são as mesmas que Einstein desenvolveu em sua teoria especial da relatividade.

Com isso, vemos que o éter, surgido conceitualmente no século 18 como uma forma de explicar a propagação da onda de luz solar pelo espaço, foi um ponto de partida para várias mudanças do ponto de vista da física clássica e causa de um dos experimentos mais famosos da ciência. Conta-se que Michelson morreu acreditando na existência do éter, sendo que em 1931 ele afirmou ter medido o que chamou “vento do éter”.

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

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