O que Newton observou e concluiu com a experiência das duas placas?

Passo 1

O que o enunciado pergunta: “O que Newton observou e concluiu com a experiência das duas placas?”
Informações relevantes que temos que explicitar antes de começar:
  • Trata‑se da experiência em que duas superfícies de vidro são colocadas em contato/quase contato (uma delas ligeiramente convexa), formando um filme de ar de espessura variável entre elas.
  • Observação visual típica: aparecem franjas concêntricas coloridas (as chamadas “franjas de Newton” ou “anéis de Newton”).
    A partir disso, vamos descrever o que se observa e ensinar a interpretação física (passo a passo), e então dizer qual foi a conclusão histórica de Newton.

Passo 2

Descrição experimental (passo a passo, imaginando que você monta a experiência no laboratório):
  • Coloca uma placa plana de vidro sobre uma mesa.
  • Põe, sobre essa placa plana, uma lente plano‑convexa com a face convexa em contato próximo com a placa; o contato real ocorre só no centro, e ao redor forma‑se uma película de ar cuja espessura aumenta com o raio (porque a lente é curva).
  • Ilumina de cima com luz branca e observa por cima.
    Resultado prático: vê‑se um conjunto de anéis concêntricos ao redor do ponto de contato central; com luz branca aparecem cores alternadas nas franjas (anel claro com tonalidades coloridas, anel escuro, e assim por diante).

Passo 3

Observações precisas que Newton fez (e que você deve notar se repetir a experiência):
  • Há alternância de zonas claras e escuras com simetria circular.
  • Com luz branca, as zonas claras/escuras aparecem coloridas: anéis mostram iridescência (mudança de cor conforme a ordem do anel).
  • O centro, onde as superfícies realmente se tocam, aparece escuro (geralmente ponto central escuro).
  • O espaçamento entre as franjas muda com o raio (quanto mais longe do centro, maior a espessura do filme de ar que corresponde àquela franja).

Passo 4

Explicação física didática (introdução ao fenômeno: interferência em filmes delgados).
Primeiro, ideia central de forma simples e sem jargão pesado: duas ondas de luz provenientes da mesma onda incidente podem refletir em duas superfícies diferentes do filme de ar; quando essas duas ondas se reencontram elas podem somar (reforçar) ou anular‑se, dependendo da diferença de fase entre elas. Essa soma ou cancelamento cria as franjas claras (construtiva) e escuras (destrutiva). Cores aparecem porque diferentes comprimentos de onda (diferentes λ) satisfazem condições de reforço/anulação em espessuras distintas.
Agora a fórmula e as variáveis — vou escrever a condição e explicar cada coisa:
  • Seja t a espessura do filme de ar no ponto considerado (distância entre as superfícies de vidro).
  • Seja n o índice de refração do filme (para ar, n\approx1).
  • Seja \lambda o comprimento de onda da luz no vácuo (ou no ar, que aqui é quase o mesmo).
    A diferença de caminho óptico entre o raio refletido na face superior do filme e o raio refletido na face inferior é, em termos de comprimento de onda, aproximadamente
\Delta = 2 n t.
Além dessa diferença de caminho, é preciso considerar possíveis inversões de fase quando a luz é refletida em uma interface. Regra prática: quando a reflexão ocorre de um meio de menor índice para um meio de maior índice (por exemplo ar \to vidro), a onda refletida sofre uma inversão de fase equivalente a \pi (meia onda). Quando a reflexão é de meio mais denso para menos denso (vidro \to ar) não há inversão de fase.
No caso das duas placas (ar entre duas faces de vidro), uma das reflexões sofre inversão de fase e a outra não — portanto existe uma contribuição extra de meia‑onda ( \pi) ao cálculo total. Levando isso em conta, as condições padrão ficam:
  • Condição para franja escura (interferência destrutiva):
2 n t = m\lambda,\quad m=0,1,2,\dots
  • Condição para franja clara (interferência construtiva):
2 n t = \left(m+\tfrac{1}{2}\right)\lambda,\quad m=0,1,2,\dots
Expliquei as variáveis: t é a espessura do filme no ponto; n é índice do filme (1 para ar); \lambda é o comprimento de onda. Observe que, para t=0 (no ponto de contato), com m=0 a condição dá franja escura — por isso o centro é escuro.

Passo 5

Aplicação ao padrão observado (ligando teoria e experimento):
  • Como a espessura t cresce com o raio (pela curvatura da lente), diferentes raios satisfazem as condições para diferentes m; por isso aparecem anéis concêntricos: cada anel corresponde a uma espessura t que satisfaz a condição de interferência para um certo m.
  • Com luz branca, cada comprimento de onda \lambda satisfaz as condições em posições ligeiramente diferentes: isso separa as cores e gera anéis coloridos (cada anel é composto pelas cores cuja condição está mais próxima naquele t).
  • É por isso que é possível, usando medida do raio dos anéis e conhecendo a curvatura da lente, determinar \lambda de uma fonte monocromática (aplicação prática: medida de comprimento de onda).

Passo 6

O que Newton concluiu (contexto histórico e interpretação):
  • Newton observou exatamente essas franjas coloridas (os “anéis de Newton”) e notou que as cores variavam com a espessura do filme de ar entre as duas superfícies.
  • Ele concluiu que camadas muito finas produziam reforço ou cancelamento seletivo de cores — isto é, a cor observada dependia da espessura do filme. Para explicar o fenômeno, Newton introduziu a ideia de “fits” (regiões de facilidade de reflexão/transmissão) — uma explicação fenomenológica que descrevia os padrões sem recorrer explicitamente ao modelo ondulatório moderno.
  • Importante: Newton não usou essa experiência para defender cabalmente a natureza ondulatória da luz; ele interpretou os resultados dentro de sua visão corpuscular, usando o conceito de “fits”. A interpretação como interferência de ondas (e daí a forte evidência de comportamento ondulatório da luz) só ficou clara e aceita depois, com os trabalhos de Young e Fresnel no século XIX.

Passo 7

Resumo final e como lembrar para a prova (dica prática):
  • Se te perguntarem “o que observou?”: diga “franjas (anéis) concêntricas, alternância claro/escuro, com colorido em luz branca; centro escuro se há contato”.
  • Se te perguntarem “o que concluiu?”: diga que as cores e franjas são causadas pela variação de espessura do filme entre as placas que provoca reforço e cancelamento de luz de diferentes comprimentos de onda — Newton descreveu isso em termos de ‘fits’; posteriormente isso foi interpretado como interferência (e usado como evidência do caráter ondulatório da luz).
  • Dica mnemônica para a prova: centro escuro → presença de meia‑onda de diferença por reflexões; condições escritas acima te salvam para calcular posições de franjas.

Resposta

Newton observou franjas concêntricas coloridas (anéis de Newton) formadas pela alternância de bandas claras e escuras quando duas superfícies de vidro formam um filme de ar de espessura variável, e concluiu que essas cores e franjas surgem porque a espessura do filme seleciona reforço ou cancelamento de certas cores (ele descreveu esse efeito como “fits” de reflexão/transmissão); essa observação mostrou que a cor depende da espessura do filme e, mais tarde, foi interpretada como evidência de interferência entre ondas de luz.

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