A difração é um fenômeno físico fundamental que ocorre quando uma onda, ao encontrar um obstáculo ou uma abertura, sofre uma alteração em sua propagação, desviando e espalhando-se pelo espaço. Esse comportamento é característico de todas as ondas, como as sonoras e eletromagnéticas, e é mais perceptível quando o tamanho do obstáculo ou da abertura é comparável ao comprimento de onda da onda incidente.
A difração tem diversas implicações, desde a formação de padrões de interferência visíveis até suas aplicações em tecnologias como espectrômetros e telescópios. Neste texto, exploraremos como a difração ocorre, suas diferentes manifestações, e as distinções com outros fenômenos como reflexão e refração.
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Tópicos deste artigo
- 1 - Resumo sobre difração
- 2 - Videoaula sobre difração
- 3 - O que é difração?
- 4 - Como funciona a difração?
- 5 - Difração x reflexão
- 6 - Diferenças entre difração e refração
- 7 - Difração e fendas
- 8 - O que são redes de difração?
- 9 - Difração por uma abertura circular
- 10 - Difração no dia a dia
- 11 - Exercícios resolvidos sobre difração
Resumo sobre difração
- A difração é um fenômeno físico que ocorre quando uma onda passa por um obstáculo ou uma abertura, alterando sua propagação e espalhando-se.
- A difração é explicada pelo princípio de Huygens – cada ponto de uma frente de onda age como uma fonte de ondas secundárias. Quando essas ondas se encontram, podem criar padrões de interferência, que podem ser construtivos ou destrutivos, gerando regiões de luz ou sombra.
- A difração da luz é observada quando ela passa por uma fenda estreita, formando um padrão de franjas. Já a difração do som ocorre quando ondas sonoras contornam obstáculos, permitindo que o som seja ouvido em lugares onde não há linha direta de visão entre a fonte sonora e o ouvinte.
- A difração ocorre quando uma onda contorna obstáculos ou passa por aberturas, enquanto a reflexão acontece quando a onda retorna ao meio de origem após atingir uma superfície.
- A difração envolve o espalhamento da onda ao contornar obstáculos, enquanto a refração ocorre quando uma onda muda de direção ao passar de um meio para outro com índice de refração diferente.
- A difração tem várias aplicações práticas, como em espectrômetros, na difração de raios X e na visualização de 'moscas volantes' nos olhos devido à difração da luz pelo humor vítreo.
Videoaula sobre difração
O que é difração?
A difração é o fenômeno físico que ocorre quando uma onda, ao encontrar um obstáculo ou uma abertura, altera sua propagação espalhando-se. Esse comportamento é característico de todas as ondas, como as sonoras e eletromagnéticas, sendo mais perceptível quando o tamanho do obstáculo ou da abertura é semelhante ao comprimento de onda da onda incidente.
→ Intensidade da difração
A intensidade da difração pode depender de fatores como:
- o comprimento de onda da onda;
- o tamanho e a forma do obstáculo ou da abertura;
- a distância entre eles e o anteparo.
Quando a fenda é maior que o comprimento de onda, a difração é menos significativa, e a onda passa quase diretamente, formando feixes bem definidos.
Como funciona a difração?
A difração acontece devido ao princípio de Huygens, que explica como cada ponto de uma frente de onda pode ser visto como uma fonte secundária de ondas esféricas. Quando essas ondas secundárias se espalham e se encontram, elas interagem entre si, criando novos padrões de interferência no anteparo. Esses padrões podem ser construtivos, quando as ondas estão em fase e se somam, formando regiões brilhantes, ou destrutivos, quando as ondas estão fora de fase e se cancelam, criando regiões escuras.
→ Difração da luz
A difração pode ser observada quando a luz passa por uma fenda estreita e forma um padrão de franjas em uma tela. Esse padrão ocorre devido à interação das ondas de luz espalhadas, que interferem entre si. A difração é aplicada em espectrômetros para separar a luz em diferentes comprimentos de onda – em telescópios, que utilizam os conceitos de difração para melhorar a resolução das imagens, e na difração de raios X, que é usada para estudar a estrutura cristalina dos materiais.
→ Difração do som
A difração do som é o fenômeno em que as ondas sonoras se espalham ou contornam obstáculos e aberturas, permitindo que o som seja ouvido em lugares onde não há uma linha direta entre a fonte sonora e o ouvinte. Por exemplo, em uma casa, você consegue ouvir vozes ou música vindo de outro cômodo, mesmo sem uma linha reta entre você e a fonte do som.
Sons de sirenes de ambulância ou buzinas de carros podem ser ouvidos, mesmo que a fonte sonora esteja bloqueada por edifícios, pois essas ondas possuem altas frequências. Muitos animais utilizam sons de baixa frequência, que se espalham mais facilmente, para se comunicar em florestas densas ou a longas distâncias.
Veja também: Quais são os meios de propagação da luz?
Difração x reflexão
A difração e a reflexão são fenômenos distintos, mas ambos estão relacionados ao comportamento das ondas. A difração ocorre quando uma onda contorna obstáculos ou passa por aberturas, espalhando-se e criando padrões, especialmente quando o tamanho do obstáculo ou da abertura é similar ao comprimento de onda.
Por outro lado, a reflexão acontece quando uma onda atinge uma superfície e retorna para o meio de origem, seguindo a lei da reflexão, que diz que o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. Enquanto a difração é mais perceptível em sons graves ou luz passando por fendas, a reflexão pode ser observada em espelhos ou no eco de uma voz. Ambos os fenômenos são essenciais na Física e têm várias aplicações tecnológicas.
Diferenças entre difração e refração
A difração e a refração são efeitos físicos diferentes que descrevem o comportamento das ondas. A difração acontece quando uma onda contorna obstáculos ou passa por aberturas, espalhando-se e mudando sua direção, especialmente quando o tamanho do obstáculo ou da abertura é semelhante ao comprimento de onda. Já a refração ocorre quando uma onda muda de direção e velocidade ao passar de um meio para outro com diferente índice de refração, como a luz ao passar do ar para a água.
Enquanto a difração depende do comprimento de onda e da forma dos obstáculos, a refração é determinada pela diferença no índice de refração dos meios. A difração cria padrões de interferência, enquanto a refração pode causar efeitos como a distorção de imagens ou a separação da luz em um prisma.
Difração e fendas
A difração em fendas ocorre quando uma onda, como a luz ou o som, passa por uma abertura estreita e se espalha, em vez de seguir em linha reta. Esse fenômeno é mais evidente quando a largura da fenda é semelhante ao comprimento de onda da onda incidente. No caso de uma única fenda, forma-se um padrão de difração com um máximo brilhante no centro, rodeado por máximos menores e mínimos escuros, resultado da interferência das ondas secundárias que saem da fenda.
Em uma fenda dupla, como no famoso experimento de Young, a difração combinada com a interferência cria franjas claras e escuras alternadas na tela, mostrando a natureza ondulatória da luz. Esses padrões são usados em experimentos ópticos para estudar as propriedades da luz.
O que são redes de difração?
As redes de difração são dispositivos ópticos usados para separar ou difratar a luz em diferentes direções, dependendo do seu comprimento de onda. Elas são compostas por um grande número de linhas ou ranhuras dispostas de forma regular e espaçadas com precisão. O número de ranhuras pode chegar a milhares por milímetro.
Quando a luz incide sobre uma rede de difração, ela é difratada (ou seja, curvada) pelas ranhuras ou linhas da rede, criando um padrão de interferência. Esse padrão pode ser analisado para determinar características da luz, como seu comprimento de onda. As ranhuras de um CD funcionam de maneira similar a uma rede de difração. Quando o CD é iluminado com luz branca, a luz difratada forma faixas coloridas, que correspondem às figuras de difração associadas aos diferentes comprimentos de onda da luz incidente.
Difração por uma abertura circular
A difração por uma abertura circular ocorre quando uma onda, como a luz ou o som, passa por uma abertura com formato circular e se espalha depois de atravessá-la. Quando a onda atinge a borda da abertura, ela é perturbada, gerando padrões de interferência característicos. Esses padrões incluem um máximo central, seguido por máximos e mínimos concêntricos ao redor, formados pela interação das ondas que emergem da abertura.
Difração no dia a dia
As partículas pequenas que flutuam na frente dos olhos, visíveis quando olhamos para ambientes muito claros, são chamadas de “moscas volantes” e são um exemplo de difração da luz. Elas são causadas por uma substância gelatinosa que preenche o interior do olho, chamada humor vítreo. Esse humor difrata a luz que entra nos olhos, criando um padrão visual de sombras em movimento.
Quando você está em uma sala e alguém fala do outro lado de uma parede, ainda consegue ouvir a voz devido à difração do som. O som se curva ao redor da parede, permitindo que você escute a conversa, mesmo sem uma linha de visão direta. Da mesma forma, quando você ouve uma estação de rádio dentro de um prédio ou em uma área cercada por edifícios, as ondas de rádio podem sofrer difração ao contornar esses obstáculos. Isso permite que o sinal chegue ao seu rádio, mesmo sem linha de visão direta com a antena transmissora.
Saiba mais: Efeito Doppler — fenômeno ondulatório percebido quando ouvimos os sons graves e agudos da sirene policial
Exercícios resolvidos sobre difração
Questão 1: (UFRN) Rotineiramente, observa-se que a luz solar, quando refletida pela face gravada de um CD (Compact Disc), exibe as cores correspondentes ao espectro da referida luz. Tal fenômeno ocorre porque, nesse caso, o CD funciona como:
A) Rede de difração
B) Placa polarizada
C) Prisma refrator
D) Lente refletora
Resolução:
Alternativa A
A luz incidente no CD é refletida nas pequenas ranhuras, que formam uma rede de difração.
Questão 2: (UFG) Um funcionário de um banco surpreende-se ao ver a porta da caixa-forte entreaberta e, mesmo sem poder ver os assaltantes no seu interior, ouve a conversa deles. A escuta é possível graças à combinação dos fenômenos físicos da:
A) Interferência e reflexão
B) Refração e dispersão
C) Difração e reflexão
D) Interferência e dispersão
E) Difração e refração
Resolução:
Alternativa C
As ondas sonoras das vozes dos assaltantes são refletidas entre as paredes e difratadas (espalhadas) pelo espaço deixado pela porta entreaberta.
Fontes
CARRON, Wilson; GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da física (vol. único). 1. ed. Moderna, 1997.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, ondas e termodinâmica (vol. 2). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.
NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, oscilações e ondas, calor (vol. 2). 4 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2013.
