Enunciado
Física - Moysés - Vol. 4 - Ed: 1º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 2
No experimento de Young, com a luz incidindo perpendicularmente sobre o anteparo onde estão os dois orifícios, coloca-se uma lâmina delgada transparente de faces paralelas e índice de refração sobre um dos dois orifícios. Isso produz um deslocamento de franjas na figura de interferência (a franja central brilhante desloca-se para a posição que era ocupada pela franja brilhante de ordem ). O comprimento de onda da luz é . Qual é a espessura da lâmina?
Passo 1
Primeiro vamos considerar a situação do experimento de fenda dupla sem a lâmina delgada. Nessa situação, a defasagem se dá exclusivamente pela diferença de caminho
Portanto, a diferença de fase é
Como queremos que a intereferência seja construtiva, fazemos a defasagem ser um múltiplo inteiro de :
Com isso,
Mas usando a aproximação de ângulos pequenos:
Portanto,
Portanto, as posições dos máximos no anteparo são:
Passo 2
Agora vamos considerar a situação em que na fenda superior colocamos a lâmina delgada cuja espessura é . Note que a distância entre as fendas é .
Nessa situação, temos duas fontes de defasagem: a diferença de caminho após a luz sair das fendas e a diferença de caminho ótico devido à passagem pela lâmina delgada:
Com isso,
Mas usando a relação de refração, sabemos que o comprimento de onda da luz na lâmina é
Assim,
Vamos substituir
Portanto,
Para que a interferência seja construtiva, devemos ter
Logo,
Passo 3
Antes de colocarmos a lâmna delgada, tínhamos que as posições dos máximos eram:
Após colocarmos a lâmina:
Onde inicialmente nós tínhamos o -ésimo máximo, isto é, , agora nós temos o primeiro, isto é, . Substituindo isso nas equações:
Substituindo a primeira equação na segunda:
Logo, a espessura da lâmina é: