Enunciado
Física - Halliday - Vol 4- Ed: 10º - Capítulo 36.5 - Ex. 49
Uma luz de comprimento de onda incide normalmente em uma rede de difração. Dois máximos de difração vizinhos são observados em ângulos dados por e . Os máximos de quarta ordem estão ausentes. (a) Qual é a distância entre fendas vizinhas? (b) Qual é a menor largura possível das fendas? Para essa largura, determine (c) o maior, (d) o segundo maior e (e) o terceiro maio valor do número de ordem dos máximos produzidos pela rede.
Passo 1
Vamos começar relemebrando a fórmula que dá a posição dos máximos em uma rede de difração:
Se os casos e são vizinhos, então eles correspondem aos máximos de ordem e , respectivamente.
Com isso temos um sistema de duas equações! Vamos subtrair a primeira equação da segunda:
E como o enunciado dá , então:
Passo 2
(b) O enunciado também diz que os máximos de quarta ordem estão ausentes (ou seja, temos mínimos nessa posição).
A posição do máximo de quarta ordem gerado por uma rede de difração segue a seguinte fórmula:
Mas como esse mesmo ponto (ou seja, esse mesmo ) corresponde ao mínimo gerado por uma fenda, podemos escrever uma outra equação:
Onde é a largura da fenda. Com isso temos outro sistema que pode ser resolvido para encontrar :
Dividindo a segunda equação pela primeira:
,
Passo 3
(c) Agora vamos descobrir qual é o maior valor do número de ordem do máximo produzido pela rede.
Já que , o valor máximo é determinado pela seguinte expressão:
Mas no nosso caso significaria que , o que não faria sentido para uma rede de difração.
Então o maior valor que pode assumir é .
Passo 4
(d) Para determinar o segundo maior valor de , seria natural pensar em , já que o maior é .
Mas perceba que aqui nós temos uma figura de interferência produzida pela largura das fendas, e uma figura de diração produzida pela rede.
O enunciado já diz que a figura de interferência gera o seu primeiro mínimo por cima do quarto máximo da figura de difração.
O que significa que o seu segundo mínimo vai passar por cima do oitavao máximo da figura de difração, então não temos um máximo em .
Por isso o segundo maior máximo tem ordem .
Passo 5
(e) Agora podemos simplesmente seguir a lógica de antes, e dizer que o terceiro maior máximo tem ordem .
Resposta
(a) .
(b) .
(c) .
(d) .
(e) .