Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 4- Ed: 12º - Capítulo 35.Problemas - Ex. 42
Uma folha bem fina de latão contém duas fendas estreitas paralelas. Quando um feixe de laser incide perpendicularmente sobre essas fendas à temperatura ambiente (20,0°), a primeira franja escura de interferência ocorre a da direção original do feixe de laser quando vista de certa distância. Se essa folha for aquecida lentamente até , em quantos graus essas franjas escuras mudarão de posição? Elas se aproximarão uma da outra ou se distanciarão? Consulte a Tabela 17.1 e despreze quaisquer efeitos que possam se originar da mudança da espessura das fendas. (Sugestão: como a expansão térmica costuma produzir variações muito pequenas no comprimento, você pode usar diferenciais para encontrar a variação do ângulo.)
Passo 1
O problema aqui é o seguinte: conforme a temperatura aumenta, a fenda de comprimento vai ficando maior.
Obs.: estamos trocando por pra evitar confusão com o do diferencial.
A posição das fendas escuras segue essa fórmula aqui:
Seguindo a sugestão do enunciado, vamos tirar o diferencial dos dois lados:
Passo 2
Com a expansão térmica, a variação do comprimento da fenda segue essa fórmula quando a temperatura aumenta em :
Substituindo isso na fórmula de cima:
E isolando :
Beleza, estamos chegando na fórmula que diz como a posição dos máximos muda.
Se estamos falando de variações pequenas, dá aproximar e :
Passo 3
Esse na fórmula ainda é um problema. Vamos lembrar da relação que escrevemos lá em cima:
Substituindo na fórmula:
Ótimo, agora é só substituir os valores numéricos pra calcular a variação do ângulo:
Então:
Passo 4
Já que a expressão para tem um sinal negativo, isso indica que a posição angular das franjas diminui conforme a temperatura aumenta:
Isso quer dizer que as franjas ficam mais próximas.
Resposta
As franjas mudam de posição por , ficando mais próximas conforme a temperatura aumenta.