Os dois faróis de um automóvel que se aproxima de um observador estão separados por uma distância de 1,2 m. Qual é (a) a separação angular mínima e (b) a distância máxima para que o olho do observador seja capaz de resolvê-los? Suponha que o diâmetro da pupila do observador seja 5 mm e use
para a luz dos faróis. Suponha também que a resolução seja limitada apenas pelos efeitos da difração e, portanto, que o critério de Rayleigh possa ser aplicado.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O que a questão está pedindo é para gente descobrir duas coisas sobre os dois faróis de um carro que estão separados por 1,2 metros quando ele se aproxima de alguém. A matéria envolvida aqui é sobre resolução angular e difração da luz. Para resolver isso, vamos precisar entender como a luz se comporta ao passar pelos nossos olhos e como conseguimos ver objetos separados. Vamos usar o critério de Rayleigh, que nos ajuda a determinar quando duas fontes de luz podem ser distinguidas como separadas.
Passo 2
Primeiro, vamos focar na parte (a), que pede a separação angular mínima necessária para que o observador consiga distinguir os dois faróis. A separação angular, que chamaremos de θ, é o ângulo mínimo entre os dois faróis visto pelo observador para que eles sejam percebidos como dois pontos distintos.
Para calcular isso, usamos o critério de Rayleigh, que nos dá a menor separação angular que pode ser resolvida. A fórmula do critério de Rayleigh é:
Onde:
-
é o comprimento de onda da luz (aqui é ), -
é o diâmetro da pupila do olho (aqui é ).
Vamos substituir esses valores na fórmula.
Passo 3
Vamos fazer as contas para encontrar θ:
Primeiro, precisamos que as unidades estejam consistentes. Vamos converter tudo para metros:
Agora, substituímos na fórmula:
Passo 4
Agora que temos a separação angular mínima θ, vamos para a parte (b), que pede a distância máxima na qual o observador ainda consegue resolver os dois faróis. Sabemos que a separação física entre os faróis é
e que a separação angular é θ.
A relação entre a distância
, a separação física
, e a separação angular θ é dada por:
Queremos encontrar
, então rearranjamos a fórmula:
Substituindo os valores:
Passo 5
Vamos calcular
:
Resposta
(a) A separação angular mínima é aproximadamente
rad.
(b) A distância máxima para que o observador consiga resolver os dois faróis é cerca de 9.110 metros.