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DIFRAÇÃO

É um fenômeno que ocorre com as ondas quando elas passam por um orifício ou contornam um objeto cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza que o seu comprimento de onda. Como este desvio na trajetória da onda, causado pela difração, depende diretamente do comprimento de onda, este fenômeno é usado para dividir, em seus componentes, ondas vindas de fontes que produzem vários comprimentos de onda.

A difração é o nome dado historicamente à transição oscilatória entre a luz e a sombra quando a luz é obstruída por um anteparo. Quando temos um anteparo com uma abertura, se olharmos em detalhe a região de transição entre a luz e a sombra, veremos que há oscilações de intensidade (máximos se mínimos) próximo à região da borda.

Se utilizarmos um anteparo com um buraco, a medida que o diâmetro do buraco diminui, a onda que atravessa o buraco vais se tornando cada vez mais esférica.

Supondo uma fenda de largura d infinita na direção longitudinal, iluminada por uma onda homogênea de amplitude I, a distribuição de irradianças após a fenda em função do ângulo que o vetor posição do ponto de observação faz com a normal à fenda é dado por

A Figura abaixo mostra o gráfico desta função assim como uma fotografia do espectro angular de difração observado.

Espectro de Difração de uma Fenda

Note que o primeiro mínimo ocorre quando o argumento do seno do numerador for (n), isto implica que o primeiro mínimo ocorrerá no ângulo θ dado por:

Isto implica que quando menor o diâmetro da fenda, e maior o comprimento de onda, maior a abertura angular do espectro de difração.

Espectro de Lâmpadas

 

As medidas de comprimento de onda l têm grande importância, pois permitem identificar elementos químicos, uma vez que o espectro é uma característica particular de cada elemento, constituindo-se numa espécie de "impressão digital". Por este processo os cientistas podem identificar elementos químicos de uma estrela, analisar componentes de um dado produto, a composição química de um fio de cabelo, etc.

Difração da luz através de um Prisma

Decomposição da Luz atraves de um Cd

Colocando uma fenda dupla, na trajetória da luz que passou pela fenda do colimador, formar-se-ão franjas claras e escuras no anteparo, originando uma figura de interferência. O mérito desta experiência está ligado a motivos históricos, uma vez que permitiu a Thomas Young comprovar experimentalmente a teoria ondulatória da luz, através da medida de comprimentos de onda.

Dois raios luminosos coerentes, isto é, em fase, que atravessam as fendas 1 e 2, encontram-se sobre a tela no ponto P, onde ocorre interferência. Se a diferença de percurso dos raios desde as fendas 1 e 2 até o anteparo no ponto P, contiver um número inteiro de comprimentos de onda, a interferência será construtiva e resulta uma franja clara em P. Se a diferença de percurso contiver um número ímpar de meios comprimentos de onda, a interferência no ponto P será destrutiva, originando uma franja escura.

Na figura 2 (não em escala), a distância “d” entre os centros das duas fendas (1 e 2) é pequena, e as franjas claras e escuras também são estreitas. No anteparo representam-se as intensidades luminosas relativas compostas de linhas claras e escuras.

 Difração da fenda dupla (Experiência de Young )

Como em P existe uma franja clara, a interferência é construtiva e a diferença de percurso deve ser igual a um número inteiro de comprimentos de onda.

Se o número de fendas for aumentado, de dois para um número muito maior, resultará uma rede de difração. Uma rede de difração é uma lâmina contendo um número elevado de fendas paralelas entre si, como no caso de um CD. Estas fendas têm a mesma largura e estão espaçadas a intervalos regulares e iguais. A distância entre duas fendas consecutivas é denominada espaçamento da rede, representada por d.

Cd sem proteção (exemplo de fendas paralelas entre si)

Se a largura de cada fenda for da ordem de grandeza dos comprimentos de onda da luz visível, a luz atravessa o conjunto de fendas e produz, no anteparo, uma distribuição de franjas cujas intensidades luminosas diminuem à medida que se afastam do máximo central.