Velocidade da luz

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Determinação da velocidade da luz
Nomes
Universidade Federal do Paraná – Departamento de Física
Centro Politécnico – Jd. das Américas – 81531-990 – Curitiba – PR - Brasil
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Resumo. Recriando o experimento de determinação de velocidade da luz, na disciplina de laboratório de Física Moderna, pelo departamento de Física da Universidade Federal do Paraná utilizando atécnica de reflexão e detecção de feixes de Laser foi possível obter resultados coerentes com o esperado. A velocidade obtida foi de 3,0105x108m/s.


Palavras chave: velocidade da luz, laser, reflexão da luz.



Introdução

Os primeiros relatos de estudo de Óptica forma oriundos da Grécia Clássica, mas com diferentes interesses: fisiológico, físico-filosófico e matemático. O queoriginou os primeiros estudos relacionados a Oftalmologia, epistemologia e geometria. Como não poderia deixar de ser, os Atomistas da época acreditavam na natureza corpuscular da Luz.
Euclides de Alexandria apresentou a primeira teoria matemática, mostrando que os fenômenos ópticos poderiam se descritos qualitativamente e quantitativamente. O que mais tarde obteve contribuições de Descartes, Galileu eNewton e ganhou uma nova dimensão com Einstein.
Galileu foi o primeiro o propor um método para medir a velocidade da luz. Com dois indivíduos utilizando fontes luminosas, consideravelmente afastados. Porém seus resultados não obtiveram um bom valor, pois o tempo de reação entre os indivíduos tornaram-se muito relevante neste método, que consistia em um individuo ligar sua fonte luminosa e,quando esta fosse vista pelo outro individuo, este deveria ligar a sua fonte. Medindo a velocidade por uma simples divisão entre o tempo do evento pelo dobro da distância entre os indivíduos. Seu resultado foi que a velocidade da luz é muito rápida.
Após a tentativa de Galileu de determinar a velocidade da luz muitos outros pesquisadores, passaram a realisar medidas com diferentes métodos, Röemerusando as luas de Júpiter, obtendo um valor de 2,14x108 m/s, Fizeau utilizando rodas dentadas com um valor de 3,08x108m/s. Atualmente usando técnicas mais avançadas com o uso de lasers é possível determinar a velocidade da luz com uma incerteza de 2x10-1m/s, o valor aceito atualmente é de 2,997924588x108m/s.
Neste experimento tentamos recriar a determinação da velocidade da luz com maiorproximidade possível dos experimentos atuais, também utilizando a técnica com uso de laser.



Procedimento Experimental

Nesta experiência, excitamos um laser de semicondutor com um gerador de ondas quadradas operando na frequência que desejamos. Basicamente o que fazemos é liga-desliga do laser. Desta forma, os pulsos de luz gerados pelo diodo laser percorrem uma certa distancia até encontrarum espelho totalmente refletor. A luz é refletida e passa por uma lente convergente, incidindo em um fotodetector. Os sinais da excitação do laser e da detecção da luz refletida são analisados por um osciloscópio digital, que mostrará uma defasagem temporal entre eles que por sua vez é proporcional à velocidade da luz.
[pic] Fig.1: Montagem experimental


Realizando as medidasconsiderando que o caminho óptico do laser é aproximadamente 2L, realizamos medidas partindo de L0 = 10m aumentando em intervalos de cinco metros. Fazendo a medida da defasagem temporal entre o raio emitido e detectado.
Dados coletados:
|L(m) |10 |15 |20 |25 |30 |35 |
|Δt(ns) |105 |141,2 |174 |205 |239 |273 |


Tabela 1: Dados distância tempo.Para determinar a velocidade da luz, montamos um gráfico da distância 2L em função do tempo Δt.


[pic]

Gráfico 1: 2L em função de Δt.


Como obtemos aproximadamente uma reta, sabemos que o coeficiente angular obtido é a velocidade da luz.
c = 0,30047 m/ns = 3,0047.108m/s
Ao realizamos as medidas e calcularmos a velocidade para o conjunto de dados, observamos que quanto...
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