Enunciado

Uma lâmina de água de sabão (índice de refração igual ao da água), colocado num aro vertical, escorre para baixo formando uma cunha. Observada por reflexão com luz de sódio ( λ = 589   n m ) incidente perpendicularmente, verifica-se que há uma franja escura no topo e 4 franjas escuras por c m na lâmina. Qual é o ângulo de abertura da cuna (em radianos)?

Passo 1

Vamos considerar a seguinte situação:

Os raios refletidos 1 e 2 vão interferir: precisamos descobrir a defasagem entre eles! A diferença de caminho entre eles é devido à espessura de sabão. Supondo incidência normal, essa diferença de caminho é o dobro da espessura d da camada:

Δ x = 2 d

Na reflexão do raio 1 entre o ar e o sabao, como n s a b a o > n a r , há inversão de fase. Por outro lado, na reflexão do raio 2, não há inversão. Como há inversão de fase em uma reflexão mas não ocorre na outra, devemos somar π na diferença de fase:

Δ = k s a b a o Δ x + π

Assim,

Δ = 2 π λ s a b a o ⋅ 2 d + π

Mas sabemos que

λ s a b a o = λ n

Portanto,

Δ = π   4 n d λ + 1

Mas note que dependendo da posição da cunha em que a luz incide, a espessura d vai se diferente. Isso vai origem a máximos e mínimos de reflexão. Vamos focar nos mínimos, com

Δ = 2 m + 1 π

Assim,

2 m + 1 = 4 n d λ + 1

Portanto,

m = 2 n d λ ⇒ d = m λ 2 n

Note que a espessura d em que acontece o mínimo depende de m . Portanto, vamos escrever

d m = m λ 2 n

Passo 2

Vamos analisar o que acontece entre dois mínimos consecutivos:

A altura h é dada por

h = d m - d m - 1 = m λ 2 n - m - 1 λ 2 n

Assim,

h = λ 2 n

Se temos 4 franjas a cada c m , a distância entre duas franjas consecutivas é

y = 1 4   c m = 0,25 ⋅ 10 - 2   m

Passo 3

Com isso, temos que

s e n   θ = h y = λ 2 n y

Logo,

s e n   θ = 589 ⋅ 10 - 9 2 ⋅ 1,33 ⋅ 0,25 ⋅ 10 - 2 = 8,8 ⋅ 10 - 5

Como o seno é muito pequeno, podemos usar a aproximação:

s e n   θ ≈ θ

Portanto,

θ = 8,8 ⋅ 10 - 5   r a d

Resposta

θ = 8,8 ⋅ 10 - 5   r a d

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

O elemento sódio pode emitir luz de dois comprimentos de onda, λ 1 = 589,10n m e λ 2 = 589,59n m . A luz do sódio é usada em um interferômetro de Michelson (Fig. 35-21). Qual deve ser o deslocamento d
Uma câmara selada contendo ar à pressão atmosférica, com 5,0c m de comprimento e janelas de vidro, é colocada em um dos braços de um interferômetro de Michelson, como na Fig 35-47. (As janelas de vidr
Dois raios luminosos, inicialmente em fase e com um comprimento de onda de 500n m , percorrem diferentes trajetórias sofrendo reflexões em espelhos planos, como mostra a Fig. 35-48. (As reflexões não
Na Fig. 35-49, duas fontes pontuais isotrópicas S 1 e S 2 emitem luz em fase com a mesma amplitude e comprimento de onda λ . As fontes estão no eixo x , separadas por uma distância d = 6,00λ . Uma tel
Uma fenda horizontal longa e estreita está 1,00μ m acima de um espelho plano, que está no plano horizontal. O padrão de interferência produzido pela fenda e sua imagem é observado em um anteparo a 1,0