Interferômetro: Qual é o experimento do interferômetro de Michelson?

5 meses ago
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Um interferômetro é uma ferramenta experimental usada para fins investigativos em ciência e engenharia. Eles são freqüentemente usados ​​para fazer medições muito pequenas em escalas que são difíceis de perceber com o olho humano ou a maioria dos instrumentos de medição. Existem certos interferômetros que podem fazer medições tão precisas quanto 1 / 10.000 th de um próton. A pessoa que inventou a máquina de interferência foi Albert Michelson, e notavelmente, ele fez isso na 19 ªséculo. Foi, de fato, o experimento de Michelson-Morley que desmentiu a presença de um éter luminífero, que os físicos acreditavam existir até aquele momento como o meio pelo qual a luz viajava. 
O fato de o éter ter sido refutado abriu o caminho para a teoria da relatividade especial e o nascimento da física moderna. Agora, vamos dar uma olhada na configuração do interferômetro de Michelson.
Interferômetro

(Crédito da foto: Stannered / Wikimedia Commons)

O que é um padrão de interferência?

Para entender melhor o funcionamento e a construção de um interferômetro, vamos ver o que é a interferência. Se você alguma vez jogou uma pedra em um corpo de água, então já sabe o que é interferência. Quando a pedra se afunda na água, ondas concêntricas se afastam do ponto de entrada da pedra. Se dois ou mais círculos concêntricos se cruzarem, a forma resultante da onda mudará. A mudança na forma da onda resultante das duas ondas de interseção anteriores é conhecida como interferência .

Padrão de interferência

Um padrão de interferência.

O princípio da interferência é bastante intuitivo e fácil de entender. A figura acima mostra dois tipos diferentes de interferência:  interferência construtiva total e interferência destrutiva total . A interferência construtiva total ocorre quando o pico de uma onda se funde com o pico da onda secundária; eles somam e uma nova onda é formada. Em total interferência destrutiva, o pico de uma onda encontra o vale de outra onda de igual magnitude; quando isso ocorre, as duas ondas se anulam mutuamente.

Seiche (onda de cor preta)

A medida em que uma onda está em sintonia com a outra é chamada de fase . Quando a interferência construtiva ou destrutiva é projetada em uma tela, ela cria padrões claros e escuros que são conhecidos como padrão de interferência . O padrão de interferência criado pelo interferômetro é o que os pesquisadores estudam para entender os resultados do experimento.

Configuração

Em um interferômetro de Michelson, um feixe de laser passa por um divisor de feixe; Como o nome indica, ele divide o feixe em feixes diferentes. Um feixe de luz passa directamente através de, enquanto que o outro feixe de luz é reflectida a um ângulo de 90 o  a partir do outro feixe. Isso ocorre no ponto C. Cada feixe percorre um braço do interferômetro e encontra um espelho. Os espelhos refletem os dois feixes de volta ao divisor de feixe. O ponto em que os dois feixes de luz se combinam em C ‘é o ponto onde o padrão de interferência ocorre.

O padrão de interferência é refletido a partir do ponto C e o padrão de interferência é desviado para um detector. Se houver um ângulo presente entre os dois feixes de retorno, o registrador gravará como um padrão de franja sinusoidal. Se não houver nenhum ângulo presente e os feixes de retorno estiverem em perfeito alinhamento espacial, então nenhum padrão de interferência será formado e somente um feixe de intensidade constante será produzido. No entanto, um alinhamento tão perfeito do feixe é difícil de alcançar em configurações de laboratório e requer extrema precisão.

Michelson interferômetro formação franja

(Crédito da foto: Stigmatella / Wikimedia Commons)

A formação de franjas no experimento de Michelson é mostrada no diagrama acima. O observador tem uma visão direta do espelho M como visto através do divisor de feixe e uma imagem virtual de M como M ‘ . As franjas formadas na primeira configuração podem ser interpretadas como a luz proveniente da imagem virtual S ‘e S ‘ da fonte original S. A natureza do padrão de interferência criado depende da natureza da fonte de luz e da orientação dos espelhos. Se os espelhos estiverem ligeiramente inclinados um em relação ao outro, o padrão de interferência assume a forma de seções cônicas. Se M e M se sobrepõem, eles produzirão um padrão de interferência que consiste em imagens retas, paralelas e igualmente espaçadas. A mudança no padrão de interferência do interferômetro pode ser usada para estudar e medir vários objetos (ou partículas).

Referências:

  1. Caltech
  2. Interferômetro de Michelson
  3. Como as coisas funcionam
Interferômetro: Qual é o experimento do interferômetro de Michelson?
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