What it shows
Um telescópio (com saída de vídeo) na frente da sala de conferências está focado em duas fontes de luz pontual na parte de trás da sala. Embora as fontes de luz estejam apenas a 1/2 mm de distância, elas são prontamente resolvidas. O limite de resolução do Rayleigh pode ser claramente mostrado reduzindo a abertura do telescópio ao ponto em que as duas fontes de luz mal podem ser resolvidas, semelhante às seguintes imagens (de: Cagnet/Francon/Thrierr, Atlas de Fenómenos Ópticos). No limite de Rayleigh, os centros de ambas as fontes pontuais coincidem com o primeiro mínimo da outra fonte. Note que, como estamos usando fontes de luz branca e não um laser, não se vê tantos máximos e mínimos de interferência no disco Airy como o retratado (veja comentário abaixo para explicação).
A abertura pode ser ainda mais reduzida além do limite de Rayleigh para que seja impossível resolver as duas fontes. Assim, um “vidro espião” de 1 polegada de diâmetro (ou pequenos binóculos) não resolverá as duas fontes de luz pontual, independentemente da “potência” da ampliação ou da qualidade da óptica.
Como funciona
O telescópio1 é um Newtoniano, utilizando um espelho primário côncavo de 4 polegadas (10 cm) e um espelho secundário plano diagonal. Ele se senta em uma montagem equatorial e um tripé dedicado. Ao invés de uma ocular, uma câmera CCTV2 é utilizada para projeção de vídeo da imagem.
Um diafragma ajustável da íris,3 montado em seu próprio tripé em frente ao telescópio, permite reduzir a abertura do telescópio para qualquer abertura desejada de 6 mm para baixo. A configuração é mostrada nas duas fotografias:
As fontes de luz de dois pontos estão localizadas a 20 metros de distância, na parte de trás da sala de conferências. Elas são fabricadas a partir de dois pinos em folha de alumínio. Os pinos medem 0,14 +/- .04 mm de diâmetro e sua separação é de 0,45 mm, centro a centro. A folha de alumínio é segurada por um suporte deslizante de 35 mm e um projector de slides Kodak Ektagraphic fornece a luz. Nenhuma lente é usada no projector de diapositivos – o telescópio é focado directamente nos dois orifícios. Os parâmetros salientes são ilustrados abaixo:
A separação angular das duas fontes de luz é de 2,5×10-5 radianos. A definição desta separação angular igual ao limite de resolução angular Rayleigh, (onde a é a abertura do telescópio), permite calcular a menor abertura na qual as fontes de luz ainda podem ser resolvidas. Usando 550 nm para o comprimento de onda, obtém-se 2,7 cm para a abertura. A experiência confirma quantitativamente este resultado.
Configurando-o
Desde que a ampliação geral do sistema é grande, a imagem é bastante sucessível às vibrações do telescópio. Para minimizar o problema, as pernas do tripé assentam em quadrados de 1″-thick Sorbothane (ver foto acima). Pedaços finos de papelão sob o Sorbothane diminuem o atrito com o chão para que o tripé possa ser empurrado para alinhamento.
O projector de diapositivos senta-se sobre um alto projecto DA-LITE-pé posicionado contra a parede traseira, na parte de trás da sala de conferências. Como é difícil tanto apontar como focar o telescópio nas fontes de luz do orifício, é mais fácil executar primeiro a tarefa de focagem. Para isso, coloque uma caixa de luz no suporte e fita adesiva de papel gráfico translúcido sobre o mesmo. Posicione a caixa de luz de modo a que o papel gráfico fique no mesmo local que o slide do orifício quando o projector estiver no lugar. Agora é fácil apontar o telescópio para a caixa de luz e focar no padrão da grelha iluminada do papel gráfico. Tendo feito isso, substitua a caixa de luz pelo projector de diapositivos.
É importante alinhar correctamente o projector de diapositivos para que o telescópio pareça “quadrado” no diapositivo. A seguinte técnica funciona bem. Coloque uma lente de distância focal longa (use a lente 9″ f/2,8 2×2) no projector e aponte e focalize os dois orifícios num cartão branco posicionado perto do telescópio. Uma peça de 2×4 por baixo da parte de trás do projector normalmente fornece a quantidade certa de inclinação. Uma vez alinhada, retire a lente.
Na realização da demonstração, é necessário que o demonstrador não só consiga ligar e desligar o projector de diapositivos a partir da frente da sala de conferências mas também, mais importante, ajustar a intensidade das fontes de luz do orifício. À medida que a abertura do telescópio se torna menor, entra menos luz e a imagem torna-se mais fraca. Para manter o brilho geral da imagem, a intensidade da lâmpada do projector deve ser aumentada em conformidade. Para isso, usamos um controle remoto da lâmpada triac4 com um cabo longo que vai da frente para trás da sala de conferências. A ficha na outra extremidade insere-se na caixa de controlo da lâmpada de 2 orifícios na parte de trás do projector (à direita da caixa de controlo remoto de 5 orifícios). O interruptor do projector deve estar na posição SOMENTE VENTIL.5
A experiência requer um período de tempo significativo para ser preparada. Se apenas 1/2 hora estiver disponível antes da aula, devem ser feitos arranjos para ter o máximo do aparelho colocado no lugar e pronto. Você pode então dedicar seu tempo limitado para ajustes finais.
Comentários e notas
Apenas a primeira ordem mínima e máxima será distintamente visível. Isto é porque temos uma sobreposição de padrões de interferência (padrão de disco Airy) a partir de um contínuo de comprimentos de onda em todo o espectro visível. Todos estes padrões têm o mesmo máximo central, mas o padrão é mais espalhado para comprimentos de onda mais longos; isto difere os máximos e mínimos de ordem mais alta. Por exemplo, a segunda posição onde se obtém a interferência destrutiva para a luz vermelha coincide muito próxima com o segundo máximo (interferência construtiva) para a luz azul. Além disso, a limitada faixa dinâmica de intensidades de luz reproduzida pela câmera/projetor de vídeo torna muito difícil capturar as ordens superiores sem saturar completamente o máximo central.
1. Celestar 4 por Fecker
2. Modelo Panasonic WV-BP330 com adaptador de câmera combinada Orion 1.25 (adaptador T-ring to C)
3. Rolyn Optics #75.0285 abertura máxima = 120 mm, mínima = 6 mm ($272 em 1999)
4. Dimmer rotativo de 600 W (Grainger #4LX92)