Rayleigh
(1842-1919)
John William Strutt foi nomeado o 3º Barão Rayleigh em 1873, após a morte de seu pai, e foi eleito para a Royal Society no mesmo ano.
Em 1879, ele sucedeu James Clerk Maxwell como o segundo professor Cavendish na Universidade de Cambridge.
As contribuições de Rayleigh para a ciência incluíram duas que foram particularmente importantes para a mecânica quântica . A primeira foi sua lei de distribuição da radiação, de 1900, desenvolvida posteriormente com Sir James Jeans em 1905, que descreve a distribuição de energia (ou intensidade) em função do comprimento de onda (ou frequência), especialmente para comprimentos de onda longos.
Rayleigh demonstrou que a distribuição de energia é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda λ. Isso discordava da derivação de uma lei de distribuição feita por Willy Wien em 1896 , como uma função da frequência de radiação ν. A frequência ν e o comprimento de onda λ estão relacionados pela equação λν = c .
A lei de distribuição de Wien ajustava-se muito bem aos dados experimentais para altas frequências, mas a lei de Rayleigh-Jeans diverge fortemente em comprimentos de onda curtos. Quando Max Planck teve acesso aos dados de comprimento de onda longo em 1900, em poucos dias ele encontrou uma nova fórmula matemática que interpolava entre os valores de Wien em altas frequências e os valores de Rayleigh em comprimentos de onda longos.
A nova lei de distribuição da radiação de Planck, e especialmente a controversa derivação dessa lei por Planck, pressupõe que a energia dos osciladores radiantes deve ser limitada a quantidades discretas iguais a hν , onde h é a nova constante de Planck que ele chamou de "quantum de ação".
Em 1905, Albert Einstein demonstrou que a hipótese de Planck sobre energias discretas dos osciladores implicava que a radiação emitida (e absorvida) pelos osciladores não seria radiação contínua , mas sim partículas discretas de energia que Einstein denominou "quanta de luz" (os atuais "fótons"). Planck opôs-se a essa ideia durante muitos anos, embora seja frequentemente creditado por ela em textos modernos.
Difração da luz e poder de resolução
Outra grande contribuição de Rayleigh para a física foi seu critério para a resolução angular mínima de dispositivos ópticos como microscópios e telescópios. O limite é imposto pela difração da luz na borda afiada de um objeto ou pelo tamanho d de um orifício ou fenda através do qual a luz de comprimento de onda λ deve passar.
A difração da luz causa as franjas de interferência que são o fenômeno essencial no experimento da dupla fenda .
Rayleigh descobriu que a resolução angular mínima θ é proporcional à razão entre o comprimento de onda da luz λ e o tamanho d da fenda.
θ = 1,22 λ/d
Podemos ver a razão para isso como a
interferência destrutiva de ondas provenientes das duas bordas da fenda no ângulo
θ , de modo que o caminho de uma onda esteja fora de fase, com sua crista cancelando exatamente o vale da outra.
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