Difração e dispersão

 

Difração

Difração – fenômeno que permite com que uma onda atravesse fendas ou contorne obstáculos, atingindo regiões onde, segundo a propagação retilínea da luz, não conseguiria chegar.

A difração é explicada pelo Princípio de Huygens que afirma que: quando os pontos de uma abertura ou de um obstáculo são atingidos pela frente de onda eles tornam-se fontes de ondas secundárias que mudam a direção de propagação da onda principal, atravessando a abertura e contornando o obstáculo.

A fonte F da figura abaixo está emitindo ondas periódicas cuja frente de onda no instante t é a superfície esférica AB.

Sobre essa frente de onda AB temos infinitos pontos que funcionam como se fossem fontes pontuais secundárias que formarão a nova frente de onda A’B’ no instante t+Dt.

As ondas são fortemente difratadas  quando o comprimento de onda  l tem aproximadamente o mesmo tamanho  da abertura  da fenda (figura 2) ou do tamanho do obstáculo (figura 1).

Figura 1 

figura  2

 

Observe na figura da esquerda que a difração é menos acentuada que na direita.

 

 A difração acontece facilmente nas ondas sonoras, pois são ondas com comprimento de onda grande (variam de 2cm a 20m). Assim, conseguimos ouvir sons mesmo que não possamos ver a fonte, pois as ondas sonoras contornam esquinas, muros, atravessam portas, janelas e quaisquer  obstáculos que tenham dimensões compreendidas entre 2cm e 20m.

É devido à difração que os dois gatos da figura acima estão se comunicando através do muro.

Devemos observar, que no caso das ondas luminosas, seus comprimentos de onda são muito pequenos (da ordem de 10-7m)  e por esta razão não se observa a difração da luz com facilidade, pois as aberturas e fendas são muito maiores do que o comprimento destas ondas. Na figura abaixo, ao incidirem no orifício feito por uma agulha num cartão, um feixe de raios luminosos paralelos e monocromáticos sofre difração e, após a mesma, a tira luminosa irá se alargar ao invés de diminuir, à medida que o diâmetro da fenda for diminuindo.

 

A difração da luz é perceptível quando ela incide, por exemplo, na fina extremidade de uma lâmina de barbear, no orifício de uma agulha, etc.

O que você deve saber

* Difração – fenômeno que permite com que uma onda atravesse fendas ou contorne obstáculos, atingindo regiões onde, segundo a propagação retilínea da luz, não conseguiria chegar.

* A difração é explicada pelo Princípio de Huygens que afirma que: quando os pontos de uma abertura ou de um obstáculo são atingidos pela frente de onda eles tornam-se fontes de ondas secundárias que mudam a direção de propagação da onda principal, atravessando a abertura e contornando o obstáculo

* As ondas (sonoras ou luminosas) são fortemente difratadas  quando o comprimento de onda  l tem aproximadamente o mesmo tamanho do objeto (obstáculo ou fenda).

* Se a fonte é a mesma, a frequência da onda não se altera antes e depois da difração. Se, após a barreira, o meio for o mesmo, a velocidade de propagação da onda também será a mesma.

Contornando obstáculos 

atravessando fendas 

 

Assim, o comprimento de onda também permanece o mesmo, mas, a onda, após sofrer difração chega a regiões que não seriam atingidas caso se considerasse apenas a propagação retilínea da luz.

 

Dispersão

A dispersão luminosa é o fenômeno da separação da luz policromática branca  em suas cores componentes, o que ocorre quando a luz branca sofre refração, como por exemplo, num prisma de vidro (figura 1) ou em gotas de água (figura 2). A luz policromática branca é composta de infinitas cores (freqüências), das quais destacamos o vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.

Figura 1 Modelo de dispersão da luz

figura 2.

 

No vácuo e, aproximadamente no ar, de índice de refração absoluto n=1, todas as cores (freqüências) se movem com a mesma velocidade (3,0.108m/s) e por essa razão estão sempre juntas, formando a luz policromática branca. 

O índice de refração absoluto de um meio é função da freqüência (cor) da radiação luminosa que o atravessa, do comprimento de onda da mesma, e de sua velocidade de propagação nesse meio.

Assim, como a luz branca é composta de infinitas freqüências (cores), cada uma delas, num meio com índice de refração diferente que o do vácuo e do ar, se move com velocidades diferentes e sofre desvios diferentes. O menor desvio é o do vermelho e o maior é o do violeta.

 

O que você deve saber

 

* A dispersão luminosa é a decomposição da luz policromática branca em suas cores componentes e ocorre porque luz branca é composta de infinitas freqüências (cores), cada uma delas, num meio com índice de refração diferente que o do vácuo e do ar, se move com velocidades e comprimentos de onda diferentes e sofre desvios diferentes.

* O menor desvio é o do vermelho e o maior é o do violeta.

* A luz branca é composta por infinitas cores (frequências) e não existe o azul nem o vermelho, mas sim uma determinada faixa de freqüências em que cada cor predomina.

* A dispersão luminosa começa quando a luz penetra no prisma e termina quando a luz sai dele, ou seja, ocorre no interior do prisma.

 

 

Exercícios