{"id":153713,"date":"2021-04-01T09:29:11","date_gmt":"2021-04-01T11:29:11","guid":{"rendered":"https:\/\/lab.fabricadelandings.com.br\/portalsaofrancisconovo\/?p=153713"},"modified":"2021-05-21T10:18:08","modified_gmt":"2021-05-21T12:18:08","slug":"interferometro","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lab.fabricadelandings.com.br\/portalsaofrancisconovo\/ciencias-da-natureza\/fisica\/interferometro","title":{"rendered":"Interfer\u00f4metro"},"content":{"rendered":"

Interfer\u00f4metro – Defini\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n

Os\u00a0interfer\u00f4metros\u00a0<\/strong>s\u00e3o aparelhos que utilizam a interfer\u00eancia de ondas (como de luz) para determina\u00e7\u00f5es precisas (como de dist\u00e2ncia ou comprimento de onda).<\/p>\n

O que \u00e9 um interfer\u00f4metro?<\/strong><\/p>\n

Os\u00a0interfer\u00f4metros<\/strong>\u00a0s\u00e3o ferramentas investigativas usadas em muitos campos da ci\u00eancia e da engenharia.<\/p>\n

Eles s\u00e3o chamados de interfer\u00f4metros porque funcionam mesclando duas ou mais fontes de luz para criar um\u00a0padr\u00e3o de interfer\u00eancia<\/strong>, que pode ser medido e analisado; portanto, ‘Interfere-o-meter’ ou\u00a0interfer\u00f4metro<\/strong>.<\/p>\n

Os padr\u00f5es de interfer\u00eancia gerados por interfer\u00f4metros cont\u00eam informa\u00e7\u00f5es sobre o objeto ou fen\u00f4meno que est\u00e1 sendo estudado. Eles s\u00e3o freq\u00fcentemente usados para fazer medi\u00e7\u00f5es muito pequenas que n\u00e3o s\u00e3o alcan\u00e7\u00e1veis de outra maneira.<\/p>\n

\u00c9 por isso que eles s\u00e3o t\u00e3o poderosos para detectar ondas gravitacionais – os interfer\u00f4metros do LIGO s\u00e3o projetados para medir uma dist\u00e2ncia de 1\/10.000 da largura de um pr\u00f3ton!<\/p>\n

Muito usados hoje, os\u00a0interfer\u00f4metros<\/strong>\u00a0foram inventados no final do s\u00e9culo 19 por Albert Michelson.<\/p>\n

O\u00a0interfer\u00f4metro de Michelson<\/strong>\u00a0foi usado em 1887 no “Experimento Michelson-Morley”, que teve como objetivo provar ou contestar a exist\u00eancia do “\u00c9ter Lumin\u00edfero” – uma subst\u00e2ncia na \u00e9poca que se pensava permear o Universo.<\/p>\n

Todos os interfer\u00f4metros modernos evolu\u00edram a partir deste primeiro, uma vez que demonstrou como as propriedades da luz podem ser usadas para fazer as menores medi\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

A inven\u00e7\u00e3o dos lasers permitiu que os interfer\u00f4metros fizessem as menores medi\u00e7\u00f5es conceb\u00edveis, como as exigidas pelo LIGO.<\/p>\n

Notavelmente, a estrutura b\u00e1sica dos interfer\u00f4metros do LIGO difere pouco do interfer\u00f4metro que Michelson projetou h\u00e1 mais de 125 anos, mas com alguns recursos adicionais, descritos no interfer\u00f4metro do LIGO.<\/p>\n

Qual \u00e9 a apar\u00eancia de um interfer\u00f4metro?<\/strong><\/p>\n

\"\"Interfer\u00f4metro de Michelson<\/strong><\/p>\n

Devido \u00e0 sua ampla aplica\u00e7\u00e3o, os\u00a0interfer\u00f4metros<\/strong>\u00a0v\u00eam em uma variedade de formas e tamanhos.<\/p>\n

Eles s\u00e3o usados para medir tudo, desde as menores varia\u00e7\u00f5es na superf\u00edcie de um organismo microsc\u00f3pico, \u00e0 estrutura de enormes extens\u00f5es de g\u00e1s e poeira no Universo distante, e agora, para detectar ondas gravitacionais.<\/p>\n

Apesar de seus designs diferentes e das v\u00e1rias maneiras em que s\u00e3o usados, todos os interfer\u00f4metros t\u00eam uma coisa em comum<\/strong>: eles sobrep\u00f5em feixes de luz para gerar um\u00a0padr\u00e3o de interfer\u00eancia.<\/strong><\/p>\n

A configura\u00e7\u00e3o b\u00e1sica de um interfer\u00f4metro a laser Michelson \u00e9 mostrada \u00e0 direita.<\/p>\n

Ele consiste em um laser, um divisor de feixe, uma s\u00e9rie de espelhos e um fotodetector (o ponto preto) que registra o padr\u00e3o de interfer\u00eancia.<\/p>\n

O que \u00e9 um padr\u00e3o de interfer\u00eancia?<\/strong><\/p>\n

Para entender melhor como funcionam os interfer\u00f4metros, \u00e9 \u00fatil entender mais sobre ‘interfer\u00eancia’.<\/p>\n

Qualquer pessoa que jogou pedras em um lago ou piscina plana e v\u00edtrea e observou o que aconteceu sabe sobre interfer\u00eancia. Quando as pedras atingem a \u00e1gua, elas geram ondas conc\u00eantricas que se afastam da fonte.<\/p>\n

E onde duas ou mais dessas ondas conc\u00eantricas se cruzam, elas interferem umas nas outras. Essa interfer\u00eancia pode resultar em uma onda maior, uma onda menor ou nenhuma onda.<\/p>\n

O padr\u00e3o vis\u00edvel que ocorre onde as ondas se cruzam \u00e9 simplesmente um padr\u00e3o de “interfer\u00eancia”.<\/p>\n

Os princ\u00edpios de interfer\u00eancia s\u00e3o simples de entender. Duas ou mais ondas interagem. Voc\u00ea adiciona as alturas das ondas separadas conforme elas interagem, e a onda resultante \u00e9 o padr\u00e3o de ‘interfer\u00eancia’.<\/p>\n

Existem dois tipos espec\u00edficos de interfer\u00eancia:<\/strong>\u00a0interfer\u00eancia construtiva total e interfer\u00eancia destrutiva total.<\/p>\n

A\u00a0interfer\u00eancia construtiva total<\/strong>\u00a0ocorre quando os picos e vales de duas (ou mais) ondas se encontram perfeitamente. Quando somadas, voc\u00ea ‘constr\u00f3i’ uma onda maior, cujo tamanho \u00e9 igual \u00e0 soma das alturas (e profundidades!) Das duas ondas em cada ponto onde est\u00e3o interagindo fisicamente.<\/p>\n

A\u00a0interfer\u00eancia destrutiva total<\/strong>\u00a0ocorre quando os picos de uma ou mais ondas se encontram e correspondem aos vales de uma onda id\u00eantica. Somando esses resultados, eles se cancelam mutuamente (ou seja, eles se ‘destroem’).<\/p>\n

Na natureza, os picos e depress\u00f5es de uma onda nem sempre se encontram perfeitamente com os picos ou depress\u00f5es de outra onda, como mostra a ilustra\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Convenientemente, independentemente de qu\u00e3o sincronizadas elas est\u00e3o quando se fundem, a altura da onda resultante da interfer\u00eancia sempre \u00e9 igual \u00e0 soma das alturas das ondas fundidas ao longo de cada ponto onde est\u00e3o interagindo fisicamente.<\/p>\n

Portanto, quando as ondas se encontram um pouco fora de sincronia, pode ocorrer interfer\u00eancia parcial construtiva ou destrutiva. A anima\u00e7\u00e3o abaixo ilustra esse efeito.<\/p>\n

A onda preta mostra o resultado da soma dos picos e depress\u00f5es das ondas vermelhas e azuis \u00e0 medida que se movem (interferem) uma na outra.<\/p>\n

Somando as alturas\/profundidades de cada onda em cada ponto conforme elas se movem, resulta na onda preta.<\/p>\n

Observe que ele experimenta uma gama completa de alturas de duas vezes mais alta\/profunda (interfer\u00eancia construtiva total) a plana (interfer\u00eancia destrutiva total). Neste exemplo, a onda preta \u00e9 o padr\u00e3o de interfer\u00eancia (o padr\u00e3o que resulta da interfer\u00eancia cont\u00ednua das ondas vermelha e azul). Observe como ele continua a mudar enquanto as ondas vermelhas e azuis continuam a interagir.<\/p>\n

Interfer\u00f4metro – Interferometria<\/strong><\/p>\n

Aplicada por muito tempo em testes de oficina \u00f3tica, a\u00a0interferometria<\/strong>\u00a0agora \u00e9 usada para medir muitos tipos diferentes de pe\u00e7as em uma variedade de aplica\u00e7\u00f5es, como desempenho de sistema \u00f3tico, rugosidade de superf\u00edcie, forma de superf\u00edcie e deslocamento de superf\u00edcies m\u00f3veis.<\/p>\n

Um\u00a0interfer\u00f4metro<\/strong>\u00a0\u00e9 um instrumento que compara a posi\u00e7\u00e3o ou a estrutura da superf\u00edcie de dois objetos. A divis\u00e3o b\u00e1sica de dois feixes dos componentes do interfer\u00f4metro de amplitude consiste em uma fonte de luz, um divisor de feixe, uma superf\u00edcie de refer\u00eancia e uma superf\u00edcie de teste (Figura abaixo).<\/p>\n

O divisor de feixe cria os feixes de refer\u00eancia e de teste a partir de uma \u00fanica fonte de luz.<\/p>\n

Quando os dois feixes se recombinam, a intensidade observada varia dependendo da amplitude e da fase desses feixes.<\/p>\n

Assumindo que os dois feixes s\u00e3o iguais em intensidade e est\u00e3o perfeitamente em fase no ponto em que s\u00e3o recombinados, a intensidade resultante \u00e9 quatro vezes maior que cada feixe individualmente. Isso \u00e9 conhecido como interfer\u00eancia construtiva. A interfer\u00eancia destrutiva ocorre quando os dois feixes est\u00e3o exatamente fora de fase quando s\u00e3o recombinados. Os feixes se cancelam e a intensidade resultante \u00e9 zero.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Componentes comuns a todos os interfer\u00f4metros<\/strong><\/p>\n

Se os dois feixes s\u00e3o estendidos espacialmente, podemos observar as varia\u00e7\u00f5es sobre uma \u00e1rea de superf\u00edcie na fase relativa das frentes de onda que compreendem os dois feixes.<\/p>\n

Regi\u00f5es alternadas de interfer\u00eancia construtiva e destrutiva produzem bandas claras e escuras comumente chamadas de franjas de interfer\u00eancia (Figura abaixo).<\/p>\n

As diferen\u00e7as de fase entre as duas frentes de onda resultam quando os feixes viajam por diferentes comprimentos de caminho \u00f3ptico, resultando em parte das diferen\u00e7as na forma e na textura das superf\u00edcies de teste e refer\u00eancia. Ao analisar os padr\u00f5es de interfer\u00eancia, \u00e9 poss\u00edvel determinar as diferen\u00e7as de comprimento do caminho em qualquer ponto do campo de vis\u00e3o do instrumento.<\/p>\n

As diferen\u00e7as no comprimento do caminho s\u00e3o causadas por diferen\u00e7as na forma e inclina\u00e7\u00e3o entre as superf\u00edcies de teste e refer\u00eancia do interfer\u00f4metro. Normalmente, a superf\u00edcie de refer\u00eancia \u00e9 escolhida de forma que seja significativamente melhor do que a superf\u00edcie em teste. Portanto, o padr\u00e3o de franja indica quaisquer imperfei\u00e7\u00f5es na amostra em teste.<\/p>\n

Com a pr\u00e1tica e o conhecimento da configura\u00e7\u00e3o do interfer\u00f4metro, os padr\u00f5es de franjas podem ser reconhecidos com facilidade.<\/p>\n

Os\u00a0interfer\u00f4metros<\/strong>\u00a0computadorizados modernos realizam essa an\u00e1lise automaticamente, resultando em uma exibi\u00e7\u00e3o da topografia da superf\u00edcie.<\/p>\n

\"\"Franjas claras e escuras indicam regi\u00f5es de interfer\u00eancia construtiva e destrutiva<\/strong><\/p>\n

Vantagens da interferometria<\/strong><\/p>\n

A interferometria tem v\u00e1rias vantagens sobre outras t\u00e9cnicas de medi\u00e7\u00e3o de superf\u00edcie. Ele tem uma sensibilidade muito alta \u00e0 topografia de superf\u00edcie, normalmente medida em nan\u00f4metros.<\/p>\n

Tamb\u00e9m n\u00e3o requer contato mec\u00e2nico com a superf\u00edcie em teste. Portanto, n\u00e3o h\u00e1 risco de dano ou deforma\u00e7\u00e3o da superf\u00edcie, como \u00e0s vezes pode resultar do uso de placas de teste ou m\u00e9todos de sonda de contato.<\/p>\n

Al\u00e9m disso, os interfer\u00f4metros podem cobrir grandes \u00e1reas com alta resolu\u00e7\u00e3o lateral, reunindo centenas de milhares de pontos de dados por medi\u00e7\u00e3o. A resolu\u00e7\u00e3o lateral \u00e9 limitada apenas pela difra\u00e7\u00e3o \u00f3ptica e pelo n\u00famero de pixels na c\u00e2mera<\/p>\n

Fonte:<\/strong>\u00a0www.ligo.caltech.edu\/www.rp-photonics.com\/www.photonics.com\/www.holmarc.com\/www.mro.nmt.edu\/phys.libretexts.org<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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