Espectroscópio

O experimento a seguir é do ramo da espectroscopia da luz. Para entender o funcionamento desse instrumento, é necessária a compreensão de alguns conceitos físicos de antemão.

O primeiro deles, difração, o que é?

Difração é um fenômeno que ocorre com as ondas quando elas passam por um orifício ou contornam um objeto cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza que o seu comprimento de onda. Como este desvio na trajetória da onda, depende diretamente do comprimento de onda, este fenômeno é usado para dividir, em seus componentes, ondas vindas de fontes que produzem vários comprimentos de onda.

Para a luz visível, usa-se uma rede de difração, formada por uma superfície refletiva ou transparente em que se marcam vários sulcos, bem próximos uns dos outros. Exemplos destas redes e suas propriedades: quando se olha um tecido de trama fina contra uma lâmpada distante, quando olhamos o reflexo num CD ou quando olhamos a Lua através de uma nuvem, vemos faixas ou halos coloridos, devido à difração da luz por pequenos obstáculos (a trama, os sulcos do CD ou as gotículas de água na nuvem).

A difração, como dito acima, está relacionada com a interação de uma onda com um obstáculo, ou então quando encontra um orifício através do qual possa atravessar um obstáculo.

A onda então, ao contornar ou atravessar um obstáculo, toma diferentes caminhos (diferentes trajetórias), cujos comprimentos totais podem variar.

O segundo conceito, dispersão, o que é?

Dispersão na ótica é o fenômeno que causa a separação de uma onda em várias componentes espectrais com diferentes frequências. Devido à dependência da velocidade da onda com sua frequência, ao se mudar a densidade do meio, ondas de diferentes frequências irão tomar diversos ângulos na refração.

Em geral, o índice de refração é uma função da freqüência, ou alternativamente, com respeito ao comprimento de onda. O comprimento de onda depende do índice de refração do material de acordo com a fórmula. O efeito mais freqüentemente visto da dispersão é a separação da luz branca no espectro de luz por um prisma.

Como um prisma é mais denso que o ambiente, para cada freqüência há um ângulo de refração diferente, como a cor branca é uma composição de todas as cores, ou a sobreposição de várias ondas de diferentes frequências, se dá a dispersão separando cada uma dessas frequências por um ângulo de refração diferente.

No nosso instrumento de trabalho, queríamos fazer algo simples que pudéssemos ver esses efeitos da difração e da dispersão da luz.

Fazer uma fenda ou um instrumento de desvio é simples, porém o prisma exige um pouco mais de trabalho. Para isso, no lugar do prisma, utilizamos um CD. Mas, por que um CD?

Sabemos que o CD é uma rede de difração e esse dispositivo ótico consiste em uma superfície com um grande número de ranhuras muito estreitas e comprimidas umas nas outras. Por um processo que é descrito nos livros-texto de Ótica, ao passar ou ser refletida por essas ranhuras, a luz se dispersa em suas cores componentes.

As trilhas do CD onde os sons estão codificados, são muito estreitas e comprimidas, como as ranhuras da rede de difração. É exatamente por isso que o CD apresenta cores tão vívidas quando reflete a luz em certos ângulos.

Podemos usar o CD para dispersar a luz proveniente de diversas fontes e observar diferentes tipos de espectro. A fonte mais natural é a luz solar, que se dispersa nas cores visíveis, as cores do arco-íris, no entanto, normalmente utiliza-se a luz de uma lâmpada para a realização do experimento.

Descrição do experimento.

A construção desse experimento é muito fácil. Para realizá-la deve-se pegar um tubo quadrado (prisma quadrangular) e em uma de suas bases fazer uma fenda como na figura a seguir.

Figura 1: Fenda em uma das faces do prisma quadrangular

Na outra base, deve ser feita um orifício por onde se analisará o espectro da luz. Nessa mesma base, um pedaço de lâmina de CD deve ser colocado na frente do orifício para que ocorra a dispersão da luz.