Efisica

Óptica ondulatória versus corpuscular

 


Na segunda metade do século XVII, descobertas interessantes foram realizadas e novos conceitos foram introduzidos. O fenômeno de difração foi descoberto por Francesco Maria Grimaldi (1618-1663), através da observação de bandas de luz na sombra de um bastão iluminado por uma pequena fonte. Em seguida, Robert Hooke (1635-1703) refez os experimentos de Grimaldi sobre difração e observou padrões coloridos de interferência em filmes finos. Ele concluiu, corretamente, que o fenômeno observado devia-se à interação entre a luz refletida nas duas superfícies do filme, e propôs que a luz originava-se de um movimento ondulatório rápido no meio, propagando-se a uma velocidade muito grande. Surgiam assim, as primeiras idéias da teoria ondulatória, ligadas às observações de difração e interferência, que eram conhecidas no caso das ondas sobre uma superfície de águas calmas.

Contribuições relevantes para a óptica foram feitas por Isaac Newton (1642-1727). Ele realizou experimentos de dispersão num prisma em 1665, o que levou-o à conclusão sobre a composição espectral da luz branca. Também introduziu a teoria corpuscular que afirmava que "a luz é composta de corpos muito pequenos, emitidos por substâncias brilhantes". Esta sua afirmação foi certamente baseada no fato de que raios de luz se propagam em linhas retas num meio homogêneo e daí a analogia com o movimento retilíneo que uma partícula descreve quando não existe força agindo sobre ela. Esta teoria corpuscular explicava, por exemplo, a formação de sombras, de imagens geradas por uma lente, etc.. Nesta época Newton aceitava as duas teorias, tanto a corpuscular como a ondulatória. A dispersão de luz por um prisma era explicada por ele com sendo devida à excitação de ondas no meio, por corpúsculos de luz; cada cor correspondia a um modo normal de vibração, sendo que a sensação de vermelho correspondia às vibrações mais longas, enquanto que o violeta, às mais curtas. Com o passar do tempo, Newton inclinou-se para a teoria corpuscular, provavelmente devido à dificuldade de se explicar a propagação retilínea da luz através de ondas que se estendiam em todas as direções. Newton também introduziu o telescópio por reflexão em 1668, para contornar os problemas de aberração cromática existentes nos telescópios por refração. Ele acreditava que estas aberrações presentes nas lentes jamais poderiam ser evitadas, o que provou-se não ser verdade com a introdução do dubleto acromático no século XVIII.

Christiaan Huygens (1629-1695), que era contemporâneo de Newton, inclinava-se para a interpretação ondulatória da natureza da luz. Esta concepção explicava certos fenômenos, como por exemplo, a interferência e a difração dos raios de luz. Ele estendeu a teoria ondulatória com a introdução do conceito das ondas secundárias (princípio de Huygens), com as quais deduziu as leis da reflexão e refração. Fez ainda várias outras contribuições importantes, como por exemplo, estabe-lecendo que a velocidade de propagação da luz variava inversamente com uma propriedade do material, denominada índice de refração (v 1/n). A dupla refração da calcita também foi descoberta por ele.

Independente da natureza corpuscular ou ondulatória da luz, um dado importante a ser obtido era sua velocidade de propagação. Muitos acreditavam que ela se propagava instantaneamente, com velocidade infinita. Porém, em 1676, Dane Ole Christensen Römer (1644-1710) sugeriu a medida da velocidade da luz pela verificação do intervalo entre eclipses da lua Io, de Júpiter, que se move praticamente no mesmo plano que este planeta se move em torno do Sol. A realização destas medidas, com base no princípio mostrado na Fig. 1.2, demonstrou que embora muito grande, a velocidade da luz é finita. Observando-se o diâmetro aparente de Júpiter, era possível saber como a distância deste à Terra, r(t), mudava com o tempo. Como o intervalo entre duas eclipses consecutivas variava com o tempo, associou-se esta variação à velocidade de propagação finita da luz, de acordo com , de onde obteve-se c 2.3x108 m/s.

Ao final do século XVII, ambas teorias (corpuscular e ondulatória) eram aceitas. Durante o século XVIII acabou prevalecendo a teoria corpuscular, principalmente devido ao grande peso científico de Newton, que havia optado por esta. Não houve grandes avanços da óptica naquele século, exceto pela construção do dubleto acromático em 1758, por John Dollond (1706-1761).

Fig. 1.2 - Medida da velocidade da luz realizada por Römer.As linhas pontilhadas
definem o ângulo de visão de Júpiter por um observador na Terra.


 

 

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