Efisica

Ressurgimento da teoria ondulatória

 


O início do século XIX presenciou o ressurgimento da teoria ondulatória. Entre 1801 e 1803, Thomas Young (1773-1829) propôs o princípio da superposição e com ele explicou o fenômeno de interferência em filmes finos. Devido ao peso científico de Newton e suas idéias sobre a teoria corpuscular, Young foi bastante criticado pela comunidade científica inglesa devido a estes trabalhos. Desconhecendo os avanços realizados por Young, já que a difusão de conhecimentos era extremamente lenta naquela época, Augustin Jean Fresnel (1788-1827) propôs, 13 anos mais tarde, uma formulação matemática dos princípios de Huygens e da interferência. Na sua concepção, a propagação de uma onda primária era vista como uma sucessão de ondas esféricas secundárias que interferiam para refazer a onda primária num instante subsequente. Esta proposição, chamada de princípio de Huygens-Fresnel, também recebeu muitas críticas da comunidade científica francesa, principalmente por parte de Laplace e Biot. Entretanto, do ponto de vista matemático, a teoria de Fresnel explicava uma série de fenômenos, tais como os padrões de difração produzidos por vários tipos de obstáculos e a propagação retilínea em meios isotrópicos, que era a principal objeção que Newton fazia à teoria ondulatória na época. Pouco tempo depois, Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) mostrou que o princípio de Huygens-Fresnel era consequência direta da equação de ondas e estabeleceu uma formulação rigorosa para o fenômeno de difração, como veremos no Cap. 9. Ao saber que a idéia original do princípio da superposição devia-se a Young, Fresnel ficou decepcionado, porém os dois acabaram tornando-se amigos e eventuais colaboradores. Fresnel também colaborou com Dominique François Jean Arago (1786-1853), principalmente em assuntos ligados à polarização da luz.

Nos primórdios da teoria ondulatória, considerava-se que a luz era uma onda longitudinal, similar à uma onda sonora propagando-se num meio tênue, porém com alta constante elástica, chamado éter. Tal meio precisava ser suficientemente tênue para não perturbar o movimento dos corpos e a constante de mola deveria ser elevada para sustentar as oscilações de alta frequência da luz. Por outro lado, a dupla refração da calcita já havia sido observada por Huygens, que notou que a luz tem "dois lados opostos", atribuidos à presença do meio cristalino. Posteriormente, Étienne Louis Malus (1775-1812) observou que os "dois lados opostos" também se manifestavam na reflexão e que não eram inerentes a um meio cristalino, mas sim, uma propriedade intrínseca da luz. Fresnel e Arago realizaram uma série de experimentos visando observar seu efeito no processo de interferência, mas os resultados não podiam ser explicados com o conceito de onda longitudinal aceito até então. Por vários anos, Fresnel, Arago e Young tentaram explicar os resultados observados, até que finalmente Young propôs que a luz era na verdade composta por ondas transversais (duas polarizações), como as que existem numa corda. A partir daí, Fresnel utilizou um modelo mecanicista de propagação de ondas transversais para deduzir suas famosas equações de reflexão e transmissão numa interface dielétrica, para as duas polarizações.

Em 1825 a teoria ondulatória já era bastante aceita enquanto que a teoria corpuscular tinha poucos defensores. Até meados do século, foram realizadas várias medidas terrestres da velocidade da luz. Em 1849, Armand Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896) utilizou uma roda dentada rotatória (chopper) para gerar pulsos de luz e um espelho distante que refletia os raios de volta para a roda. Variando a velocidade angular desta, variava-se o período entre duas aberturas consecutivas e era possível fazer com que os pulsos passassem ou fossem bloqueados pela roda. A partir das equações do movimento retilíneo uniforme, Fizeau determinou a velocidade da luz como sendo 315.300 km/s. Outro conjunto de medidas visando a determinação da velocidade da luz foi realizado por Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868), com a utilização de um espelho rotatório desenvolvido em 1834 por Charles Wheastone (da ponte de Wheastone) para a medida da duração de uma descarga elétrica. Arago havia proposto o uso deste dispositivo para a determinação da velocidade da luz em meios densos, mas não conseguiu realizar o experimento. Foucault, entretanto logrou êxito nesta tarefa, e em 1850 verificou que a velocidade de propagação da luz na água era menor que no ar. Isto era contrário ao previsto pela teoria corpuscular de Newton e reforçou ainda mais a teoria ondulatória.


 

 

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