Questão 104 do ENEM 2017 — Ciências da Natureza

O experimento descrito no enunciado é o famoso Experimento de Fenda Dupla de Thomas Young, um marco na história da Física por fornecer evidências robustas sobre a natureza da luz.

Para entender o que acontece, precisamos analisar o trajeto da luz passo a passo:

Primeiramente, quando o feixe de luz monocromática atinge o primeiro anteparo e passa pela fenda simples, a luz não segue apenas em linha reta. Como a fenda é muito pequena (com dimensões comparáveis ao comprimento de onda da luz, $\lambda$), a luz se espalha, contornando as bordas da fenda. Esse fenômeno de espalhamento de uma onda ao passar por um orifício ou contornar um obstáculo é chamado de difração. O mesmo ocorre quando a luz atinge as duas fendas no segundo anteparo: cada fenda passa a se comportar como uma nova fonte pontual de luz, espalhando as ondas em direção ao anteparo final.

Em seguida, após passarem pelas duas fendas do segundo anteparo, as ondas de luz geradas se propagam e se encontram no espaço. Como essas ondas provêm da mesma fonte inicial, elas possuem a mesma frequência e mantêm uma relação de fase constante, sendo chamadas de ondas coerentes. Ao se encontrarem, elas se sobrepõem, fenômeno conhecido como interferência.

• Nos pontos onde as ondas chegam em fase (crista com crista ou vale com vale), ocorre a interferência construtiva, resultando em uma região de máxima intensidade luminosa, o que observamos como as franjas claras.
• Nos pontos onde as ondas chegam em oposição de fase (crista de uma com o vale da outra), ocorre a interferência destrutiva, anulando a intensidade luminosa e formando as franjas escuras.

A formação desse padrão de franjas claras e escuras é uma assinatura inconfundível do comportamento ondulatório. Se a luz fosse estritamente composta por partículas (como defendia a teoria corpuscular), as partículas viajariam em linha reta e formariam apenas duas marcas luminosas no anteparo final, exatamente atrás das fendas. O padrão alternado de luz e sombra só pode ser explicado se a luz se comportar como uma onda.

Portanto, o experimento de Young forneceu fortes argumentos para a teoria ondulatória da luz, sendo justificada pelos fenômenos de difração (ao passar e se espalhar pelas fendas) e interferência (ao sobrepor as ondas e formar o padrão de franjas).