Experimento do disco de Newton

Introdução

O disco de Newton é um experimento muito conhecido da Física. Consiste em um disco colorido com as cores primárias do espectro visível (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta). Esse disco gira, apresenta grande velocidade e tem como objetivo mostrar a composição da luz branca.

Quando parado, a separação das cores é nítida, no entanto, ao colocarmos o disco para girar, as cores misturam-se, e o disco parece ficar branco. Newton fez uso desse dispositivo para identificar que a mistura das cores visíveis produzia a cor branca.

Materiais necessários:

• 1 cartolina branca

• Marcadores ou tinta com as cores vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta

• Cola branca

• Tesoura sem ponta

• Régua

• Compasso

• Lápis

• Furador de papel

• Fita de qualquer tipo (adesiva, isolante ou de vedação)

Arranjo experimental

Comece a aula fazendo a montagem do disco com os alunos. É um processo bastante simples e pode ser feito por alunos do Ensino Médio e Fundamental.

Etapas de confecção do disco de Newton:

1. Com o compasso, faça um círculo. O tamanho aqui não é importante, porém, se o disco for muito grande, o efeito da composição da luz branca será menos visível;

2. Com a régua e o lápis, faça divisões triangulares no círculo, todas com o mesmo tamanho, como uma pizza;

3. Pinte os triângulos e certifique-se de todo o espaço estar totalmente colorido e sem falhas;

4. Faça um pequeno furo circular no centro do círculo com o furador de papel. Pelo furo, passe um lápis e faça um apoio, enrolando o lápis com a fita do lado da parte branca da cartolina.

Agora é só garantir a rotação do disco. Quanto mais rápido o disco girar, maior será o efeito da composição da luz branca sobre os nossos olhos. A próxima parte da aula consiste em explicar a origem do fenômeno.

Explicação teórica

A velocidade de propagação da luz no ar atmosférico e no vácuo é praticamente igual: cerca de 3.10⁸ m/s. Isso significa que ela viaja cerca de 300 milhões de metros a cada segundo. Na prática, isso significa que, qualquer que seja a distância dos objetos ao nosso redor, o tempo necessário para a luz chegar até a nossa retina não seria maior que 10^-8 s, um tempo realmente muito pequeno.

No entanto, o processo da visão é mais do que simplesmente a luz chegar até os nossos olhos. Um processo bioquímico bastante complexo é iniciado quando a luz incide sobre a retina e ilumina as células fotorreceptoras da visão: os cones e os bastonetes. Essas células contêm um pigmento chamado opsina, e essa molécula sofre uma mudança estrutural muito veloz quando atingida pelos fótons. O tempo dessa mudança é de alguns poucos picossegundos (10^-12 s). Em seguida, um impulso elétrico é produzido e propaga-se pelo sistema nervoso até o cérebro, onde a informação luminosa é reconhecida e convertida em imagem. Esse processo, por sua vez, é muito mais lento e pode levar até um décimo de segundo (10^-1s). Esse tempo, chamado de tempo de persistência retiniana ou tempo de persistência da visão, é também o tempo que um estímulo visual leva para sair da nossa retina.

Em decorrência desse fenômeno, existe uma velocidade mínima que o disco precisa mover-se para que possamos enxergar a cor branca. Essa mesma exigência ocorre quando assistimos a um filme no cinema. Existe uma taxa mínima de quadros por segundo (cerca de 24 quadros por segundo) necessária para termos a ilusão do movimento contínuo.

Outra explicação interessante fica por conta da observação do disco: ele não ficará perfeitamente branco, mas sim um branco um pouco acinzentado. Isso acontece porque a composição das cores no disco de Newton envolve cores-pigmento, produzidas com tinta. Nesse caso, há a absorção da luz incidente sobre o disco de forma diferente para cada região pintada, e o resultado é um pouco escuro. Esse processo é chamado de síntese subtrativa.

Para uma observação mais precisa da composição do espectro eletromagnético, é interessante fazer o experimento usando lâmpadas LED com as cores primárias. Nesse caso, estaríamos misturando cores-luz, promovendo a síntese aditiva, que forma a cor branca mais clara possível.

Por Rafael Helerbrock
Graduado em Física