PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 17 do IME 2021

Na experiência de Thomas Young, também conhecida como experiência da fenda dupla, uma luz é difratada por uma fenda F_0 no anteparo A_1. Em seguida, o feixe de ondas difratado é novamente difratado por outras duas fendas, F_1 e F_2 no anteparo A_2, formando no anteparo A_3 um padrão de interferência constituído por franjas claras (interferência construtiva), alternadas por franjas escuras (interferência destrutiva), conforme mostra a figura. A distância y que separa as franjas (claras ou escuras) do ponto central O, vistas sobre o anteparo A_3, pode ser definida em função da distância D entre os anteparos A_2 e A_3, e da distância d entre as fendas F_1 e F_2. Essa distância é dada pela equação:
em que: n é o número de ordem da interferência; e f é a frequência da luz que se propaga com velocidade v nos percursos ópticos a e b. Para que a equação seja dimensionalmente correta e para que os raios que partem de F_1 e F_2 atinjam o ponto P, os valores de n, x e z são, respectivamente:
- A1, 1 e -1
- B1, 1 e 1
- C2, -1 e -1
- D3, 1 e 1
- E3, 1 e -1
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Resolução comentada
A análise dimensional determina os expoentes, mas a posição de P no padrão de interferência é que determina n.
Como n é adimensional e D/d é uma razão entre comprimentos, o produto v^x f^z deve ter dimensão de comprimento. Usando [v]=LT^{-1} e [f]=T^{-1}, temos:
Igualando os expoentes de comprimento e tempo:
Assim, v^xf^z=v/f=\lambda, o comprimento de onda, e a expressão fica:
Na experiência de Young, para pequenos ângulos, a diferença entre os percursos é \Delta\approx dy/D. Logo, a equação fornecida corresponde a \Delta=n\lambda/2: valores pares de n indicam máximos e valores ímpares indicam mínimos.
No gráfico, partindo do máximo central em O, encontramos o primeiro mínimo, depois um máximo e, em P, o segundo mínimo. Portanto, nesse ponto:
Os valores pedidos são, respectivamente, 3, 1 e -1.
Alternativa E.
Pegadinha: A alternativa A engana quem faz corretamente a análise dimensional, mas não percebe que P está no segundo mínimo.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AIdentifica P como o primeiro mínimo, embora o gráfico o situe no segundo mínimo.
- BAlém de identificar o mínimo errado, usa z = 1, tornando a expressão dimensionalmente incorreta.
- CUsa expoentes dimensionalmente incorretos e n = 2, que corresponde a um máximo.
- DAcerta n, mas usa z = 1, dando ao produto vf dimensão de comprimento dividido por tempo ao quadrado.
Assuntos: análise dimensional, interferência, experiência de young.
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Fonte: IME 2021 · Prova objetiva. Prova oficial ↗