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quarta-feira, 27 de maio de 2015

Conhecimento: Como Fizeau mediu a velocidade da luz no século 19


Existem alguns experimentos na história da ciência que, de tão engenhosos e brilhantes, parecem terem saído de algum filme de ficção científica. Um desses experimentos foi feito em 1849, na França, e tinha como objetivo medir a extraordinária velocidade da luz.
Esquema Fizeau
Quando se fala em velocidade da luz, quase todo mundo tem em mente algo muito rápido, praticamente instantâneo. Muitos pensadores, entre eles Aristóteles (384 AC) e Hero de Alexandria (10 DC) acreditavam que a luz tinha "velocidade infinita". Essa opinião também foi compartilhada por Johnnes Kepler (1571) e Renê Descartes (1596).
Outros pensadores e matemáticos, como o grego Empédocles (490 AC) e o turco Tagi al-Din (1526), pensavam diferente e acreditavam que a luz tinha sim alguma velocidade, mas não sabiam exatamente qual.
Em 1683, Galileu fez alguns experimentos usando lanternas acesas sobre duas colinas e conclui que se a velocidade da luz era finita e muito rápida.
Outros experimentadores também fizeram tentativas de medir a velocidade da luz, mas os métodos usados deixavam muito a desejar em termos de confiabilidade e precisão, até que surgiu em cena Armand Hyppolyte Louis Fizeau, um físico francês nascido em Paris em 1819.
Obcecado pela ciência, Fizeau construiu uma máquina bastante simples (e por isso mesmo maravilhosa) e que tinha a extraordinária missão de medir cientificamente a velocidade da luz.
O engenho era realmente fantástico. Consistia de uma roda dentada com 720 dentes, um espelho semitransparente, um espelho simples, um conjunto de lentes e uma fonte intensa de luz.
O objetivo era fazer a luz da tocha atingir o espelho semitransparente colocado em ângulo de 45 graus. O feixe refletido pelo espelho passaria por um dos vãos da roda dentada até atingir o segundo espelho colocado estrategicamente em uma montanha situada a cerca de 8 km de distância.
Ali, o feixe de luz seria refletido de volta, passaria novamente pelo vão da roda dentada e atravessaria novamente o espelho semitransparente até chegar aos olhos de Fizeau.

O Experimento
Em seu laboratório em Mont Valérien, nos arredores de Paris, Fizeau iniciou o experimento apontando a saída do feixe de luz para o topo de Montmatre, a 8633 metros de distância.


Veja o Vídeo
Com a roda dentada parada, a luz passava pelo vão entre dois dentes, batia no espelho em Montmatre e retornava para o ponto de origem, passando exatamente pelo mesmo vão entre os dentes. Por atrás do espelho semitransparente, através das lentes Fizeau observava o reflexo da luz.
Foi então que a mágica aconteceu. Fizeau pôs a roda a girar aumentando gradativamente a velocidade até que em um determinado instante o reflexo rebatido pelo espelho em Montmatre sumiu. Diminuindo a velocidade, o raio voltou a aparecer.
Fizeau concluiu que o feixe de luz que passava pelo vão da roda e era rebatido pelo espelho de Monmatre estava sendo bloqueado pelo dente seguinte ao vão e isso acontecia quando a velocidade de rotação da roda era de 12.5 rotações por segundo.
Como sua roda dentada tinha 720 dentes, a luz estava passando pelo vão 9000 vezes por segundo e a alternância entre um dente e um vão ocorria 18 mil vezes por segundo, ou seja, a luz passava e era bloqueada uma vez a cada 0.000055 segundo.
Assim, se a luz demorou 0.000055 segundos para viajar 17266 metros (ida e volta de Mont Valérien a MontMatre), então em um segundo a luz viajaria por 310787 km.
Dessa forma simples e engenhosa, Fizeau determinou pela primeira vez de forma científica a velocidade da Luz. Hoje em dia, sabe-se que esse valor é ligeiramente inferior, da ordem de 299792,458 km/s, mas considerando-se a época os valores de Fizeau não foram tão ruins assim!

       




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