Difração e Dispersão de ondas
Difração e Dispersão de ondas
Difração
Difração é o fenômeno que permite com que uma onda atravesse fendas ou contorne obstáculos,
atingindo regiões onde, segundo a propagação retilínea da luz, não conseguiria chegar.
Princípio de Huygens
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 fontes F da figura abaixo estão emitindo ondas periódicas cuja frente de onda no instante t é a superfície 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’ nos instantes posteriores (t + Δt).
As ondas são fortemente difratadas quando o comprimento de onda λ tem aproximadamente o
mesmo tamanho da abertura da fenda ou do tamanho do obstáculo.
Pelo motivo acima 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 os dois meninos da figura ao lado 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 1 temos uma onda incidente cujo comprimento de onda (λ) é muito menor que a abertura (d) e a onda passa pela fenda. É o que ocorre quando, por exemplo, você faz um orifício do tamanho de um coração e utiliza como fonte luminosa uma lanterna. O comprimento de onda da luz é da ordem de 10-7 m; logo, é tão pequeno em relação ao espaço da fenda que a difração não acontece.
Na figura 2, 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 de modo que a abertura da fenda (d) e o comprimento de onda (λ) sejam aproximadamente do mesmo tamanho, ou (d) seja menor que (λ).
A difração só é observada quando a dimensão do orifício for menor ou da ordem do comprimento de onda da luz.
Assim, a difração da luz só é perceptível quando ela incide, por exemplo, na fina extremidade de uma lâmina de barbear, no orifício de uma agulha, etc.
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 (figuras 1) ou em gotas de água (figuras 2).
A luz policromática branca é composta de infinitas cores (freqüências), das quais destacamos o vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
Importante:
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, informações e dicas
Difração é o 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, sejam sonoras ou luminosas serão fortemente difratadas quando o comprimento de onda λ tem aproximadamente o mesmo tamanho do objeto (obstáculo ou fenda).
Se a fonte é a mesma, a frequência da onda é a mesma antes e depois da difração.
Se, após a barreira ou a fenda, o meio for o mesmo, a velocidade de propagação da onda também será a mesma.
Assim, o comprimento de onda λ 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.
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 ou em gotas de água.
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.
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.
Experiência de Newton na dispersão da luz policromática branca
Veja como Isaac Newton descreveu a proposta do experimento que lhe permitiu descartar ainfluência do vidro do prisma como causa da dispersão da luz branca.
Considerando que a fonte de luz era o orifício O da janela do quarto de Newton, veja adescrição e o desenho da montagem executada por ele experiência:
“Eu peguei outro prisma igual ao primeiro e o coloquei de maneira que a luz fosse refratada de modos opostos ao passar através de ambos e, assim, ao final, voltaria a ser como era antes do primeiro prisma tê-la dispersado.”
A figura representa, esquematicamente, a trajetória de um feixe de luz branca atravessando uma gota de água. É dessa forma que se origina o arco-íris.
Em 1 ocorre o fenômeno óptico da refração, em 2 da reflexão e, em 3 novamente da refração.
A decomposição da luz branca (dispersão) ocorre entre 1 e 2 e entre 2 e 3 e sua causa é devido ao fato de o índice de refração absoluto da água da gota ser diferente para cada frequência (cor) da luz, o que provoca em cada uma desvios diferentes, separando-as.
Para que o observador veja o arco iris sua posição deve ser de maneira que o Sol esteja em suas costas.
Na figura, com o raio de luz monocromático branco incidindo normalmente, ele não sofre desvio ao penetrar no prisma.
O desvio é para cima, pois o raio incidente e o raio refratado estão sempre em quadrantes opostos àqueles determinados pela normal e o vermelho sofre menor desvio que o violeta.