A difração da luz

Baixe a postagem em PDF aqui.

Baixe as animações da postagem aqui.

Desde a última postagem (ONDAS ELETROMAGNÉTICAS) temos analisados a luz a partir de uma visão ondulatória. Nesta presente postagem e na seguinte continuaremos discutindo esse aspecto da luz. Continuemos então estudando a natureza da luz, agora com ênfase no fenômeno da difração.

Você já deve ter ouvido falar ou até mesmo pode ter estudado alguns fenômenos em que a luz pode sofrer desvios, tal é o caso da reflexão e da refração. Além desses, a difração constitui outro fenômeno que também possibilita a produção de desvios.

Estudada experimentalmente pela primeira vez por Grimaldi, cuja denominação lhe é atribuída, a difração é observada quando os raios de luz se encurvam ao passarem pela borda de um objeto¹, ocorrendo uma espécie de espalhamento, gerando uma imagem túrbida.

Não obstante muitas sombras apresentarem um fronteira bem definida entre as áreas claras e escuras, a observação mais atenta dessas regiões de borda nos revelaria uma obscuridade que gradualmente se esvanece, semelhantemente ao que ocorre nas áreas de penumbra. Observe na animação a seguir que, quanto mais nos aproximamos das bordas da sombra, menos nitidez se verifica:

Animação 11: Difração na formação de sombras.

Fonte: Próprio autor.

Esse fato pode ser observado em qualquer formação de sombra, contudo, os objetos que possuem aberturas ou fendas proporcionam uma visualização mais nítida desse processo de difração.

A ilustração a seguir esquematiza uma figura de difração obtida a partir de uma luz que atravessa um orifício e atinge um anteparo.

Figura 12: Difração por um orifício circular.

Fonte: Próprio autor.

Nessa figura, 1 representa a fonte de luz, que nesse caso é um laser, 2 se refere ao orifício circular no qual a luz atravessa e sofre difração. Em 3, um padrão é formado no anteparo. Nota-se que ao invés de um único círculo, a figura de difração apresenta vários círculos concêntricos.

Os padrões de difração dependerão da relação entre o comprimento de onda² da luz incidente e das dimensões do obstáculo no qual ela incide. De forma geral, quanto maior o comprimento de onda, mais facilmente ocorre difração³. No caso em que se estuda a difração resultante da incidência da luz em uma fenda, o fenômeno será mais observado ao passo que esta se torne mais estreita, mantendo-se o comprimento de onda constante⁴.

Na animação seguinte, o processo de difração em uma abertura retangular é esquematizado. Note que ao passo que a abertura se torna mais estreita, a difração é mais notada. O esquema da animação é semelhante ao da figura anterior, diferenciando no formato da abertura e na possibilidade de reduzir gradativamente seu tamanho, mantendo o mesmo comprimento de onda da luz incidente.

Animação 12: Difração da luz em uma fenda.

Fonte: Próprio autor.

Você deve ter observado que o padrão de difração mais nítido foi observado quando a abertura teve seu menor tamanho.

Na postagem anterior foi analisado que a luz branca pode sofrer dispersão ao atravessar um prisma. Naquele caso, a explicação se deve ao fenômeno da refração. Também é possível dispersar a luz a partir da difração, isso pode ser observado quando inclinamos um CD em uma certa direção. Veja a dispersão da luz solar em um CD na figura abaixo no qual aparece uma região colorida na sua parte “espelhada”.

Foto 1: Difração em um CD.

Fonte: Próprio autor.

Isso ocorre porque nos CDs estão presentes pequeninas ranhuras (fendas), locais onde são gravadas as informações. Ao passar por essas ranhuras, a luz pode ser difratada e/ou refletida gerando esse tipo de padrão característico, que depende também do tipo de luz que o atinge.

Esses padrões formados num anteparo ou em outras superfícies devido à difração da luz em uma ou mais fendas está estreitamente relacionado a outro fenômeno ondulatório denominado INTERFERÊNCIA, tema da próxima postagem.

Atividade 5

1) O que é o fenômeno da difração da luz?

2) Quais as condições para que esse fenômeno ocorra?

3) O tamanho da abertura e seu formato interferem no padrão de difração formado? Se sim, de que maneira?

4) Pesquise:

a) de que forma as informações são gravadas em um CD?

b) quais as diferenças entre CDs, DVDs e BlueRays?

5) O fenômeno da difração poderia ser observado na formação de uma imagem em uma câmera escura? Justifique.

________________________________________
Referências

1 Este fenômeno também é observado em outros tipos de onda. Esse é o caso das ondas na água que passam por algum obstáculo. Observa-se nesses momentos um encurvamento das ondas.

2 O comprimento de onda é a distância consecutiva entre duas partes semelhantes de uma mesma onda. Para entender melhor seu conceito acesse a página sobre ONDAS ELETROMAGNÉTICAS.

3 HEWITT, P. G. Física Conceitual. 11. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011.

4 HALLIDAY, David. RESNICK, Robert. WALKER, Jearl. Fundamentos de física: óptica e física moderna. v. 4, 10. ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2016.