Descrição da difração de luz, aplicações, exemplos

O Difração de luz É o nome que recebe a distorção de um feixe de luz quando afeta um pequeno objeto ou uma pequena abertura em uma tela. Foi a italiana Francesco Maria Grimaldi que deu o nome de difração a esse fenômeno e o primeiro a estudá -lo em 1665.

Quando o objeto ou slot que intercepta o feixe de luz é da ordem dos décimos de milímetro ou menos, a sombra projetada não é precisa. Ao contrário, se espalha em torno do que deveria ser sua sombra geométrica. Isso porque o feixe de luz é desviado e se espalha nas bordas do obstáculo.

Difração da luz de um ponteiro a laser devido a uma abertura quadrada e seu padrão de difração projetado em uma tela. Fonte: f. Zapata.

A figura superior mostra um padrão muito particular de áreas claras e escuras que alternam. É produzido pela luz de um ponteiro a laser (comprimento de onda 650 nm) ao passar por um slot quadrado de 0,1 mm x 0,1 mm e é projetado em uma tela. 

Esse 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. É por isso que sabemos que é um fenômeno eminentemente ondulado.

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Descrição do fenômeno de difração

Em um pacote de luz monocromática (que contém um único comprimento de onda), como a luz do laser, a difração do incidente de feixe luminoso no obstáculo forma um padrão de bandas claras e escuras ao se projetar em uma tela.

Nesta disposição de áreas claras e escuras, é chamado padrão de difracção.

Princípio de Fresnel - Huygens

Difração de ondas na maneira de Huygens e Fresnel

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

Ele vem da superposição das ondas esféricas que emanam da borda do obstáculo e dos outros pontos da frente de onda que fronteira com as bordas, de modo que uma interferência entre as ondas desse conjunto de fontes secundárias ocorra. 

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Quando duas ou mais ondas coincidem no mesmo local de espaço, a interferência entre elas ocorre. Pode acontecer então que suas respectivas amplitudes sejam adicionadas ou subtraídas, após o que cada um segue.

Tudo depende se as ondas coincidem na fase. Nesse caso, as amplitudes são adicionadas.

É por isso que o padrão de difração iluminou e as áreas escuras. 

Ao contrário do fenômeno de interferência luminoso, no qual o número de fontes de ondas é dois ou três, no caso de difração, o número de fontes secundárias de ondas esféricas é muito grande e tende a formar um continuum a partir de Fuentes. 

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

Aplicações de difração de luz

Detecção de falhas ou fraturas de superfície

O interferometria manchada É uma das aplicações práticas do fenômeno de difração luminoso.

Quando uma superfície é iluminada com luz a laser, a frente da onda de luz.

Existe um padrão de difração com aparência manchada (Manchas em inglês), que fornece informações da superfície da qual vêm os fótons refletidos.

Pode atendê -lo: Circuito aberto

Dessa maneira, falhas ou fraturas podem ser detectadas em uma peça, o que dificilmente seria visível a olho nu.

Melhoria de imagens fotográficas

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

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

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

Assim, é possível mostrar detalhes que foram usados ​​antes nos originais, devido precisamente à difração luminosa.

Exemplos diários de difração

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

Arco-íris

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

Eles compõem um conjunto muito grande de fontes luminosas secundárias, cujas ondas interferem formam o padrão colorido do arco -íris que admiramos depois da chuva.

Cores de CD

A luz que salta um CD ou um DVD também forma padrões coloridos impressionantes. Eles têm sua origem no fenômeno da difração da luz refletida pelas ranhuras sub-militares que compõem as pistas.

Hologramas

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

É devido à superposição de ondas dos inúmeros pontos de reflexos impressos. Tais pontos não são distribuídos aleatoriamente, mas foram formados pelo padrão de difração do objeto original, que foi iluminado com luz a laser e posteriormente gravada em uma placa fotográfica.

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Halos em torno de corpos luminosos

As perifes luminosas ou redemoinhos de solina como também são conhecidos são formados pela difração da luz pelas partículas ou cristais presentes na atmosfera superior. Fonte: Pixabay.

Às vezes você pode ver granizo ou anéis ao redor do sol ou da lua.

Eles são formados porque a luz desses corpos celestes salta ou se reflete em uma quantidade inumerável de partículas ou cristais formados na atmosfera superior.

Eles agem por sua vez como fontes secundárias e sua superposição resulta no padrão de difração que forma o halo celestial.

Cores de bolhas de sabão

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

Os fótons refletidos nas camadas finas semi-transparentes constituem um grande conjunto de fonte luminosa que interfere construtivamente ou destrutivamente.

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

De modo que apenas os comprimentos de onda de certas trajetórias são observadas: aqueles que variam dos pontos refletidos, aos olhos do observador e têm uma diferença inteira nos comprimentos de onda.

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

Referências

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2. Figueroa, d. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 7. Ondas e física quântica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
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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 revertido.
6. Wikipedia. Difração. Recuperado de: é.Wikipedia.org.