Difração de ondas: conceito e exemplos - Ciência - 2023

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o difração de onda É o desvio da direção em que as ondas se propagam quando encontram um obstáculo, que pode ser um objeto sólido ou uma lacuna. Ao bater no obstáculo, a onda se distorce e o envolve. Mas para que o efeito seja bem apreciado, é necessário que o tamanho do obstáculo seja comparável ao do comprimento de onda.

O fenômeno da difração de ondas é explicado de acordo com o princípio de Huygens, descoberto pelo físico holandês Christian Huygens em 1678. Afirma-se que quando a perturbação atinge um meio, cada ponto dele se comporta como um emissor de ondas, da mesma velocidade e frequência das originais.

Desta forma, uma nova frente de onda é produzida continuamente, que pode ser visualizada traçando o envelope de cada onda secundária emitida.

Naturalmente, essa frente de onda tem pontos infinitos, mas justamente no lugar do obstáculo existe uma única frente de onda que atua como emissor, o que permite que a onda contorne o obstáculo, se curve e se propague para o outro lado.

Exemplos de difração

A difração é um fenômeno característico de todas as ondas, incluindo ondas luminosas e acústicas. Se um jato de partículas é disparado em uma tela com aberturas, o jato não se comporta da mesma maneira que uma onda como a de luz, por exemplo, uma vez que o fluxo de partículas não seria deformado ao ser dobrado pelo obstáculo ou a abertura intermediária, mas continuaria em linha reta.

O primeiro a vivenciar e documentar o fenômeno da difração da luz foi o cientista e sacerdote italiano Francesco María Grimaldi (1618-1663), que também lhe deu o nome.

Projete a luz do sol em um quarto escuro

Como fez Grimaldi, pode-se ver que ao passar a luz do sol em um quarto escuro e projetá-la na parede através de um papelão com um pequeno orifício ou fenda, o ponto de luz é maior do que o esperado.

Também pode ser visto que as bordas não são nítidas e embora não seja tão simples de observar, as bordas na sombra têm um padrão de franjas difusas. Mas se for usada luz monocromática, como de um laser, há um padrão de listras mais pronunciado.

A difração da luz não é tão evidente quanto a do som ou das ondas do mar, pois para que ocorra o obstáculo ou abertura deve ter comprimento comparável ao comprimento de onda. A luz visível tem comprimentos de onda entre 400-700 nanômetros (1 nanômetro = 10^-9 metros).

Portanto, quanto mais estreita for a fenda por onde passa a luz projetada na parede ou tela, mais evidente é que não há mudança abrupta entre a área iluminada e a área escura.

O microscópio eletrônico

A difração de luz é uma limitação para o microscópio óptico. Quando um objeto é menor que o comprimento de onda da luz, não há como vê-lo, porque a difração embaça completamente a imagem do objeto.

É por isso que os cientistas usam elétrons para iluminar estruturas muito pequenas, uma vez que o comprimento de onda de um feixe de elétrons é menor que o da luz. Acontece que os elétrons têm uma natureza dual e são capazes de se comportar como ondas.

Difração das ondas do mar

A difração das ondas marinhas é notada claramente ao redor das rochas e pequenas ilhas, principalmente quando a distância entre essas rochas é muito semelhante ao comprimento de onda das ondas.

Difração de raios X

A difração não ocorre apenas com a luz visível, mas também com o resto do espectro eletromagnético. Ao interpor uma estrutura cristalina antes de um feixe de raios-X, a difração que eles experimentam produz um padrão que depende dessa estrutura.

Esta difração se deve à interação entre os raios X e os elétrons externos dos átomos do cristal.

Comunicação animal

Muitos animais comunicam-se emitindo sons que, devido à sua baixa frequência, são inaudíveis para os humanos. A faixa audível das pessoas é muito ampla, oscilando entre 20 e 20.000 Hz, mas animais como o elefante africano são capazes de emitir sons com frequências abaixo de 20 Hz.

O fenômeno os ajuda a se comunicar através das vastas savanas africanas, porque quanto menor a frequência, mais facilmente as ondas acústicas são difratadas. Ao encontrar rochas, árvores e arbustos, uma parte se reflete no obstáculo e a outra se expande para além do obstáculo e imediatamente preenchendo o ambiente à medida que ele passa.

Isso ajuda os membros da matilha a se localizar facilmente.

Mas não só os paquidermes fazem uso dessa propriedade do som, rinocerontes, girafas e crocodilos também são capazes de usar sons de baixa frequência. Até mesmo o rugido dos tigres contém baixas frequências, que os especialistas dizem que contribuem para paralisar a presa.

Chifres de nevoeiro

São alto-falantes que servem para guiar os barcos em áreas onde a neblina impede uma boa visibilidade. Além disso, os barcos têm esses chifres para avisar de sua presença e assim evitar acidentes.

As sirenes de nevoeiro emitem sons de baixa frequência, ou seja, notas graves, uma vez que, como explicado acima, os sons de baixa frequência são mais difratados do que os de alta frequência e também viajam por distâncias maiores.

Este último se deve ao fato de que a atenuação da onda sonora é menor quanto menor a frequência. Por essa razão, os sons agudos são perdidos mais rapidamente do que os graves, outra razão pela qual os elefantes usam sons de frequência muito baixa para se comunicar.

Rádio AM vs. FM

As ondas de rádio podem sofrer difração devido a obstáculos como colinas, montanhas e grandes edifícios. A banda AM tem comprimentos de onda longos (180-550 metros) em comparação com os obstáculos que você normalmente encontra.

Por esta razão, eles são mais facilmente difratados do que os de FM, cujo comprimento de onda pode ser de apenas alguns metros. Estes não se desviam tão bem ao colidir com edifícios, dificultando a recepção em algumas áreas.

Referências

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