Difração de luz: descrição, aplicações, exemplos - Ciência - 2023

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o difração de luz é o nome dado à distorção de um feixe de luz quando atinge um pequeno objeto ou uma pequena abertura em uma tela. Foi o italiano Francesco Maria Grimaldi quem deu o nome de difração a este fenômeno e o primeiro a estudá-lo em 1665.

Quando o objeto ou fenda que intercepta o feixe de luz é da ordem de décimos de milímetro ou menos, a sombra projetada não é precisa. Em vez disso, ele se difunde em torno do que deveria ser sua sombra geométrica. Isso ocorre porque o feixe de luz é desviado e se espalha pelas bordas do obstáculo.

A figura acima mostra um padrão muito particular de áreas claras e escuras alternadas. É produzido pela luz de um apontador laser (comprimento de onda 650nm) que passa por uma fenda quadrada de 0,1 mm x 0,1 mm e é projetado em uma tela.


Este fenômeno de formação de padrões também é observado em ondas sonoras e ondas na superfície da água, bem como em ondas de rádio e raios X. Por isso sabemos que se trata de um fenômeno eminentemente ondulatório.

Descrição do fenômeno de difração

Em um feixe de luz monocromático (contendo um único comprimento de onda), como a luz do laser, a difração do feixe de luz incidente no obstáculo forma um padrão de faixas claras e escuras quando projetadas em uma tela.

Este arranjo de áreas claras e escuras é chamadopadrão de difracção.

Princípio de Fresnel - Huygens

A difração é explicada de forma clássica, de acordo com Princípio de Fresnel-Huygens.

É proveniente da superposição das ondas esféricas emanando da borda do obstáculo e dos demais pontos da frente de onda que contornam as bordas, de forma que ocorra uma interferência entre as ondas desse conjunto de fontes secundárias.


Quando duas ou mais ondas coincidem no mesmo lugar no espaço, ocorre interferência entre elas. Pode então acontecer que suas respectivas amplitudes sejam somadas ou subtraídas, após o que cada uma segue seu próprio caminho.

Tudo depende se as ondas coincidem em fase. Nesse caso, as amplitudes se somam, enquanto nos locais onde as ondas estão fora de fase ou em contra-fase a amplitude diminui ou é cancelada.

É por isso que o padrão de difração tem áreas claras e escuras.

Ao contrário do fenômeno da interferência luminosa, em que o número de fontes de onda é dois ou três, no caso da difração o número de fontes de ondas esféricas secundárias é muito grande e tende a formar um continuum de fontes.

A interferência das ondas na difração é mais perceptível se a fonte tiver um único comprimento de onda e todos os fótons que compõem o feixe de luz estiverem em fase, como é o caso da luz de um laser.


Aplicações de difração de luz

Detecção de falhas ou fraturas em superfícies

o interferometria speckle é uma das aplicações práticas do fenômeno da difração de luz.

Quando uma superfície é iluminada com luz laser, as frentes de onda da luz refletida da superfície estão em fase, mas mudam de fase depois de viajarem para a placa ou tela na qual a imagem é gravada.

Um padrão de difração mosqueado é produzido lá (salpico em inglês), que fornece informações sobre a superfície de onde vêm os fótons refletidos.

Desta forma, falhas ou fraturas podem ser detectadas em uma peça, que dificilmente seriam visíveis a olho nu.

Aprimoramento de imagem fotográfica

O conhecimento dos padrões de difração presentes em imagens fotográficas ou digitais de objetos astronômicos: estrelas ou asteróides, serve para melhorar a resolução das imagens astronômicas.

A técnica consiste em coletar um grande número de imagens de um mesmo objeto que individualmente são de baixa definição ou brilho.

Então, quando processados ​​computacionalmente e extraindo o ruído da difração, eles resultam em uma imagem de maior resolução.

Assim é possível mostrar detalhes que antes eram mascarados nos originais, justamente por causa da difração de luz.

Exemplos diários de difração

A difração é um fenômeno que quase todos nós certamente observamos, mas nem sempre identificamos corretamente sua origem. aqui estão alguns exemplos:

arco Iris

O arco-íris é causado principalmente pela superposição das ondas refratadas e refletidas dentro das finas gotas de água.

Constituem um conjunto muito grande de fontes de luz secundárias, cujas ondas interferem, formando o colorido padrão do arco-íris que tanto admiramos depois da chuva.

Cores de um CD

A luz refletida em um CD ou DVD também forma padrões coloridos impressionantes. Têm sua origem no fenômeno da difração da luz refletida pelas ranhuras submilimétricas que compõem os trilhos.

Hologramas

O holograma que freqüentemente aparece em cartões de crédito e produtos de marca forma uma imagem tridimensional.

É devido à superposição das ondas provenientes dos inúmeros pontos reflexivos impressos. Esses pontos não estão distribuídos aleatoriamente, mas foram formados pelo padrão de difração do objeto original, que foi iluminado com luz laser e posteriormente gravado em uma placa fotográfica.

Halos em torno de corpos luminosos

Às vezes, halos ou anéis podem ser vistos ao redor do Sol ou da Lua.

Eles são formados pelo fato de que a luz proveniente desses corpos celestes ricocheteia ou reflete em uma quantidade incontável de partículas ou cristais formados na alta atmosfera.

Eles, por sua vez, agem como fontes secundárias e sua superposição dá origem ao padrão de difração que forma o halo celestial.

Cores de bolhas de sabão

A iridescência de algumas superfícies, como bolhas de sabão, ou as asas translúcidas de alguns insetos, é explicada pela difração de luz. Nessas superfícies, os tons e cores da luz observados variam dependendo do ângulo de observação.

Os fótons refletidos nas finas camadas semitransparentes constituem um grande conjunto de fontes de luz que interferem construtiva ou destrutivamente.

Assim, eles formam os padrões correspondentes aos diferentes comprimentos de onda ou cores, dos quais a luz da fonte original é composta.

Assim, apenas comprimentos de onda de certos caminhos são observados: aqueles que vão dos pontos refletidos ao olho do observador e que têm toda uma diferença nos comprimentos de onda.

Os comprimentos de onda que não atendem a esse requisito são cancelados e não podem ser observados.

Referências

  1. Bauer, W. 2011. Physics for Engineering and Sciences. Volume 1. Mc Graw Hill.
  2. Figueroa, D. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 7. Ondas e Física Quântica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
  3. Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
  4. Serway, R., Jewett, J. (2008). Física para Ciência e Engenharia. Volume 1. 7º. Ed. Cengage Learning.
  5. Tipler, P. (2006). Física para Ciência e Tecnologia. 5ª Ed. Volume 1. Editorial Reverté.
  6. Wikipedia. Difração. Recuperado de: es.wikipedia.org.