Difração


Muitos estudantes enxergam matérias como a física, por exemplo, como uma aula chata. Isso acontece devido às dificuldades muitas vezes encontradas para entender a matéria. É nítida a percepção de que, quando entendemos um conceito, tudo parece fácil e interessante, até mesmo divertido algumas vezes. Sendo assim, nosso site sempre busca explicar de maneira clara e objetiva as matérias que você vê na escola. Hoje vamos abordar um tema relacionado à física.

Difração

Você já ouviu falar em difração? Quando uma onda encontra um obstáculo, ela passa a apresentar uma espécie de flexão, que leva a um espalhamento. Essa mesma reação acontece independentemente de a onda ser sonora, eletromagnética ou mesmo aquática. Segundo a mecânica quântica, os objetos físicos também estão suscetíveis a difração, já que possuem propriedades ondulatórias. Quanto maiores forem os comprimentos das ondas, maior será a nossa capacidade de percepção da difração.

Ondas sonoras, por exemplo, costumam ser mais longas e é por isso que percebemos facilmente suas interações. Já ondas de luz, por exemplo, costumam ser bem curtas e portanto suas interações raramente podem ser observadas a olho nu. É claro que existem exceções, onde a interferência visual entra em cena e o fenômeno pode ser visto. Um bom exemplo dessas situações é o arco-íris.

Embora muitos autores discorram sobre o tema, há quem afirme que nunca houve uma definição exata a respeito da diferença entre difração e interferência. A explicação mais plausível é que no caso da difração, a onda encontra um objeto que a diferencia, enquanto que na interferência, as alterações são resultantes da interação com mais de um objeto.

Como foi descoberta a difração?

Os estudos sobre a difração surgiram a partir da curiosidade humana em desvendar de onde vinham as ondulações da luz. O primeiro a elaborar uma tese sobre o tema foi o Padre e cientista Francesco Maria Grimaldi. Sua explanação, entretanto, foi publicada somente após a sua morte, em 1665. Ele estudou referente à interferência que a densidade de um meio pode ter sobre a velocidade com que a luz viaja neste meio. Ele estabeleceu um parâmetro de comparação com as ondas de água. Segundo ele, da mesma forma que as ondas do mar se “quebram” quando batem em um navio, por exemplo, as ondas de luz também apresentam a mesma quebra quando se deparam com um obstáculo. Foi daí que se derivou o termo difração, que surgiu a partir de uma expressão do latim que significa “quebrar em pedaços”.

Mais tarde, Isaac Newton e Christian Huygens lançaram suas teorias, contraditórias entre si. Isso porque enquanto Newton defendia que existem partículas de luz, Huygens dizia que na verdade trata-se de ondas. Embora a teoria de Newton tenha sido a mais aceita, a de Huygens também não foi esquecida. Mais de um século mais tarde, foi a vez de Thomas Young tentar explicar fatores não abordados pela teoria de Newton. Mas as suas explicações também não foram “perfeitas”.

Foi constatado depois que as ondas podem mudar seu curso após interagirem com outras ondas (que também sofrerão modificações) ou com qualquer outro objeto. Duas ondas que sofreram difração podem encontrar-se em determinado ponto no espaço. Se uma estiver em sua frequência máxima e a outra na mínima, pode ocorrer uma interferência destrutiva, na qual uma delas será anulada. Porém, quando ambas estão na mesma frequência, seja ela mínima ou máxima, pode ocorrer uma interferência construtiva, onde elas se somam e se modificam.

Difração e fendas

Vamos supor que a luz está atravessando uma fenda larga. Neste caso, a intensidade dessa luz será definida pelo ângulo formado entre a onda e a fenda. Dessa forma, existem fórmulas específicas para descobrir distâncias entre a fenda e o anteparo, por exemplo. Todos estes cálculos são baseados principalmente no ângulo e é por isso que é tão importante conhecê-lo.

Se acrescentarmos mais uma fenda ao processo, o que irá acontecer? Neste caso, o padrão no anteparo também sofre modificações, visto que ela sofrerá uma dupla difração e o resultado será uma luz difratada, ao mesmo tempo em que é influenciada por interferências construtivas e destrutivas. A difração ainda pode ocorrer através de um orifício circular ou de ranhuras que também provocarão diferentes reações na trajetória da luz.

Existe ainda a Difração de Fraunhofer, que é plana e, portanto consiste em um processo mais simples e a Difração de Fresnel, que defendia a tese de que existia um ponto de sombra em meio aos raios difratados, caso as luzes contornassem uma esfera, por exemplo. Simeon Denis Poisson, entretanto, sugeriu que havia algo estranho com essa teoria e, quando testada, a mesma confirmou-se verdadeira. Neste caso, como a onda não é plana, o cálculo se torna um pouco mais complexo: é necessário utilizar um espiral, conhecido como espiral de Cornu. A reflexão especular seria um conjunto de difrações neste modelo.