Um feixe de luz vermelha de comprimento de onda igual a 626 nm passa por uma fenda com largura de
. A figura de difração é observada sobre uma tela situada a uma distância de
da fenda. Defina a largura de uma franja brilhante como a distância entre os dois mínimos existentes de cada lado da respectiva franja. Qual é a largura da primeira franja brilhante situada de cada lado da franja central?
Passo 1
Beleza, vamos começar entendendo o que o problema está pedindo. Temos um feixe de luz vermelha com comprimento de onda de 626 nm passando por uma fenda de largura 0,320 mm. A luz difratada é observada numa tela a 3,00 m da fenda. A questão quer saber a largura da primeira franja brilhante de cada lado da franja central, que é a distância entre os dois mínimos de cada lado dessa franja.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de difração de uma única fenda, mais especificamente as fórmulas que relacionam o comprimento de onda, a largura da fenda, a distância até a tela e a posição dos mínimos de intensidade.
Passo 2
Primeiro, vamos converter todas as unidades para o Sistema Internacional (SI) para facilitar os cálculos:
- Comprimento de onda,
- Largura da fenda,
- Distância até a tela,
Passo 3
Agora, precisamos lembrar que os mínimos de intensidade na difração de uma única fenda ocorrem quando:
onde:
-
é a largura da fenda, -
é o ângulo de difração, -
é um número inteiro (1, 2, 3, …), representando a ordem do mínimo.
Como estamos procurando a primeira franja brilhante de cada lado da central, vamos usar
.
Passo 4
Para pequenos ângulos
, que é o caso aqui, podemos aproximar
. A posição do mínimo na tela é dada por:
Substituindo a relação da difração:
Passo 5
Vamos calcular a posição do primeiro mínimo (
):
Passo 6
A largura da primeira franja brilhante é a distância entre os dois mínimos de cada lado da franja central. Então, multiplicamos
por 2:
Resposta
A largura da primeira franja brilhante de cada lado da franja central é aproximadamente 11,74 mm.
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