Difração

Difração é um fenômeno ondulatório que ocorre quando as ondas encontram um obstáculo, acontecendo um encurvamento da onda.

O acontecimento desse fenômeno prova que a teoria dos raios de luz serem retilíneos está incorreta. E podemos visualizar a difração ocorrendo em vários experimentos, como por exemplo o da fenda dupla de Young.

Christian Huygens (1629 - 1695) fez uma proposição de um novo método representativo para as frentes de ondas.

Cada ponto da frente de onda original se comporta como uma nova fonte de onda, gerando a onda original com mesma frequência e comprimento.

Se o meio em que a onda se propaga não possuir nenhum obstáculo, ela irá se comportar da mesma forma. Caso haja alguns obstáculos, ocorreram certos fenômenos, como reflexão, refração ou difração.

Vamos supor que uma onda está se propagando em um meio e, então, se encontra com uma fenda única.

Se a onda se propagasse de forma retilínea, ela seria barrada pela parede e os raios passariam pela fenda de forma reta. Com isso, teríamos apenas uma linha reta do formato da fenda do outro lado.

Mas, pelo fenômeno da difração, isso não ocorre.

Como vimos pelo Princípio de Huygens, ao encontrar um obstáculo na fenda, a onda irá se propagar como uma nova fonte de onda, gerando um desvio. Este desvio é proporcional à largura da fenda.

Além disso:

• Se a fenda não tiver a mesma ordem de grandeza do comprimento de onda incidente, a difração não ocorre.
• Se a fenda for muito menor que o comprimento de onda, independente da forma da onda incidente, a onda difratada terá uma simetria esférica.

O físico Thomas Young (1773 - 1829) foi o primeiro a demonstrar experimentalmente a interferência ocorrendo entre ondas de luz, provando a Teoria Ondulatória.

Sua demonstração é conhecida como experimento de Young - em sua homenagem - ou como experimento de fenda dupla.

No experimento, existiam três anteparos, ou seja, três obstáculos:

• No primeiro anteparo, temos apenas uma fenda;
• No segundo anteparo, temos duas fendas lado a lado;
• No terceiro e último anteparo, não temos nenhuma fenda.

Além disso, cada anteparo possui uma utilidade específica:

• A utilidade do primeiro anteparo é causar o fenômeno da difração, de forma que as duas fendas do próximo anteparo serão iluminadas.
• A utilidade do segundo anteparo com as duas fendas é gerar, pelo princípio de Huygens, duas fontes de onda, de forma que essas duas ondas luminosas interfiram uma na outra, de acordo com a sua diferença de fase.
• A utilidade do terceiro anteparo, que não possui nenhuma fenda, é de simplesmente nos ajudar a visualizar como a luz sai e interfere a partir do segundo anteparo.

Caso as fendas tenham um tamanho muito pequeno, é possível visualizar dois tipos de franjas no terceiro anteparo:

• Franjas iluminadas: nesse caso, ocorreu interferência construtiva entre as ondas luminosas depois de sofrerem a difração pelas fendas.
• Franjas escuras: nesse caso, ocorreu interferência destrutiva entre as ondas luminosas depois de sofrerem a difração pelas fendas;

Figura esquemática do Experimento de Young

Podemos ver que o máximo de intensidade luminosa ocorre no centro, depois vai se intercalando entre máximos de menor intensidade e mínimos.

Pelo fenômeno de difração, podemos ver experimentos onde a luz sofre interferências construtivas e destrutivas, comportando-se como onda.

Mas, em outras áreas da Física, podemos ver o experimento do efeito fotoelétrico, por exemplo, onde a luz se comporta como partícula.

Isso foi motivo de debate por muito tempo, mas atualmente a teoria aceita é a dualidade onda-partícula, em que a luz tem tanto um comportamento corpuscular quanto de onda.