Desvio ou flexão das ondas ao encontrar obstáculos em sua propagação
Difração é a capacidade das ondas de desviar ou contornar os obstáculos que encontram durante sua propagação, bem como o espalhamento ou alargamento das ondas após atravessar fendas e orifícios.
A difração acontece tanto com as ondas mecânicas quanto com as ondas eletromagnéticas. Os efeitos da difração são marcados por ondas de comprimento semelhante ao objeto da difração e ocorrem sem que as ondas em propagação sofram uma mudança.
As ondas sonoras são os tipos de ondas nas quais a difração pode ser mais facilmente observada. Isso ocorre devido ao seu grande comprimento. Do lado oposto estão as ondas de luz, onde a difração raramente ocorre ou dificilmente é percebida.
Devido ao comprimento das ondas de luz ser muito pequeno, a difração das ondas luminosas é menos evidente. Entretanto, em fenômenos grandiosos com interferência óptica, como o arco-íris, ela se torna perceptível.
Ao contornar as pedras, as ondas de água provocam o fenômeno da difração. (Foto: Pxinio)
Como ocorre a difração
A difração é diretamente associada ao fenômeno da interferência e tem relação com as propriedades de ondas ao transportarem energia de um ponto do espaço para o outro. Por serem caracterizadas por uma variação periódica, elas podem interagir entre si quando duas ou mais ondas atravessam a mesma região.
Para que ocorra a difração é preciso que haja a interação entre uma onda e um obstáculo. Ela pode ocorrer também quando encontra uma fenda ou orifício através do qual é possível atravessar um obstáculo. O contorno do obstáculo pela onda pode ser feito por caminhos distintos, cujos comprimentos totais serão variados.
É importante ressaltar que, ao passarem pelo mesmo ponto do espaço, as ondas difratadas de mesma origem terão a mesma fase, portanto, poderão interagir entre si naquele determinado ponto.
Difração por uma fenda
Ao atravessar uma fenda não muito estreita, a intensidade da luz em um anteparo é dependente do ângulo entre a onda e a fenda. Desse modo, a intensidade é máxima na direção frontal da fenda, porém diminui quando chega em um ângulo que depende da largura da fenda a e do comprimento de onda.
Difração em fenda única. (Foto: Educa Mais Brasil)
Observe a ilustração que demonstra o fenômeno por uma única fenda. Nela, um feixe de luz monocromática passa por uma fenda de largura "b" e atinge um anteparo a uma distância "z". As ondas de Huygens originárias em cada ponto da abertura interferem entre si e produzem o padrão de difração.
Difração em fenda dupla
Ocorre quando uma onda é difratada por duas ou mais fendas. Desse modo, o padrão em um anteparo é o resultado de uma mistura de difração e interferências construtivas e destrutivas.
Veja a figura que mostra que a luz difratada pelas duas fendas sofre efeito de interferência, o que resulta no anteparo máximo e mínimo de luz.
Difração por fenda dupla. (Foto: Educa Mais Brasil)
História
O conceito de difração foi utilizado pela primeira vez pelo cientista italiano Francesco Grimaldi, para se referir à luz quebrando-se em diferentes direções. O conceito proposto por Grimaldi era basicamente ondulatório e sua explicação para a difração da luz fazia analogia à difração de ondas na água.
No final do século XVII, o físico Christian Huygens propôs um método de representação de frentes de onda. Para ele, cada ponto de uma frente de onda se comportava como uma nova fonte de ondas elementares, que se propagavam para além da região já atingida pela onda original e possuía a mesma frequência que ela.
Com a propagação dessa ideia, que ficou conhecida como Princípio de Huygens, dois pensamentos científicos distintos sobre o fenômeno permeavam a comunidade cientifica no século XVII: a teoria corpuscular da luz, defendida por Isaac Newton e a teoria ondulatória da luz, defendida por Christian Huygens.
A partir de então, outros cientistas se preocuparam em determinar a natureza da luz, se dedicando aos estudos dos efeitos da difração. Enquanto alguns deles apoiavam a teoria de Huygens, outros defendiam a teoria de Newton. Os cientistas que apoiavam uma teoria, refutava veementemente os aspectos da teoria contrária, uma vez que o conceito de partícula (corpúsculo) é totalmente diferente do conceito de onda.
Nessa disputa, devido à explicação sobre as cores e à fama de Newton em outras realizações, o seu modelo foi escolhido como o mais coerente. Ainda assim, a teoria ondulatória de Huygens não foi abandonada, sendo ressuscitada 123 anos depois pelo cientista Thomas Young.
Thomas Young questionou as afirmações da teoria corpuscular da luz, proposto por Newton, pois ela não explicava por que a luz tinha a mesma velocidade, mesmo sendo emitida por corpos diferentes, nem por que certos corpúsculos eram refletidos e outros refratados.
Young acreditava que, considerar a luz como uma onda, explicaria melhor alguns fenômenos que não poderiam ser esclarecidos se esta fosse considerada como uma partícula. Para ele, as ondas luminosas poderiam, assim como as ondas do mar, se anularem umas às outras ou se intensificarem.
Através desses conceitos, Young conseguiu explicar a interferência, através do experimento da dupla fenda, e dos anéis de Newton. Contudo, ele deixou a desejar em relação às explicações sobre o fenômeno da difração e da dupla refração.