Difração é o fenômeno que ocorre quando as ondas encontram obstáculos à propagação, causando um desvio ou flexão em volta deles. Esse efeito resulta no espalhamento ou alargamento das ondas após atravessarem orifícios ou fendas.
A difração ocorre com os diversos tipos de ondas, incluindo ondas sonoras, ondas na água e ondas eletromagnéticas. Ocorrendo sempre quando as ondas em propagação mudam, os efeitos da difração, geralmente, são marcados por ondas cujo comprimento é comparável às dimensões do objeto da difração.
O tipo de ondas nas quais a difração pode ser mais facilmente observada são as ondas sonoras, pois são ondas de grande comprimento. Por outro lado, a difração da luz raramente acontece ou dificilmente será perceptível.
O efeito da difração nas ondas luminosas são menos evidentes, pois o comprimento de onda da luz é extremamente pequeno. No entanto, ela pode ser facilmente observada em fenômenos grandiosos com interferência óptica, tais como o arco-íris.
História da difração
O termo difração foi utilizado pela primeira vez pelo cientista italiano Francesco Grimaldi. Ele usou o termo, que em latim é diffringere e significa quebrar em pedaços, para se referir à luz quebrando-se em diferentes direções.
O conceito de luz proposto por Grimaldi era essencialmente voltado para ondulatória. Sua explicação para a difração da luz fazia analogia à difração de ondas na água, em que as ondas do mar quebram seu movimento regular ao encontrar um barco ancorado.
No final do século XVII, Christian Huygens propôs um método de representação de frentes de onda. A ideia que ficou conhecida como Princípio de Huygens, dizia que cada ponto de uma frente de onda se comporta como uma nova fonte de ondas elementares, que se propagam para além da região já atingida pela onda original e com a mesma frequência que ela.
Assim, no século XVII, haviam dois pensamentos científicos distintos: a teoria corpuscular da luz, defendida por Isaac Newton; e a teoria ondulatória da luz, defendida por Christian Huygens.
Outros cientistas se preocuparam em determinar a natureza da luz, estudando, portanto, os efeitos da difração. Alguns deles se apoiavam na teoria de Huygens, outros, na teoria de Newton.
Em ambos os lados, os cientistas que apoiavam uma teoria, refutavam inteiramente os aspectos da teoria contrária, uma vez que o conceito de partícula (corpúsculo) é totalmente diferente do conceito de onda.
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 esquecida.
Anos depois, Thomas Young questionou as afirmações da teoria corpuscular que não explicavam por que a luz tinha a mesma velocidade, mesmo sendo emitida por corpos diferentes, e por que certos corpúsculos eram refletidos e outros refratados.
Para Young, considerar a luz uma onda explicaria bem melhor alguns fenômenos. Para ele, as ondas luminosas poderiam, assim como as ondas do mar, anular-se umas às outras ou intensificar-se.
Utilizando esses conceitos, Young explicou a interferência, através do experimento da dupla fenda, e os anéis de Newton. Entretanto, ele deixou a desejar nas explicações quanto ao fenômeno da difração e da dupla refração.
Como ocorre a difração
A difração está intimamente ligada ao fenômeno da interferência relacionado com as propriedades de ondas ao transportarem energia de um ponto ao outro do espaço.
Ela pode ocorrer tanto com as ondas eletromagnéticas quanto com as ondas mecânicas. Como as ondas são caracterizadas por uma variação periódica, elas podem interagir entre si quando duas ou mais ondas atravessam a mesma região.
A difração ocorre com a interação de uma onda com um obstáculo ou quando ela encontra um orifício através do qual é possível atravessar um obstáculo. Uma onda pode contornar ou atravessar um obstáculo por diferentes caminhos, cujos comprimentos totais podem variar.
Cabe ressaltar que ao passarem pelo mesmo ponto do espaço, ondas difratadas de uma mesma origem tem a mesma fase e, por isso, podem interagir uma com a outra naquele ponto.
Difração por uma fenda
Quando uma onda atravessa uma fenda, que não é estreita, a intensidade da luz em um anteparo é dependente do ângulo entre a onda e a fenda. A intensidade é máxima na direção frontal da fenda, mas diminui quando chega em um ângulo que depende da largura da fenda e do comprimento de onda.
Na imagem acima, um feixe de luz monocromática passa por uma fenda de largura b e atinge um anteparo a uma distância z. Assim, as ondas de Huygens originárias em cada ponto da abertura interferem entre si e produzem o padrão de difração.
Difração em fenda dupla
Demonstrada pela experiência da dupla fenda de Thomas Young, a difração de fenda dupla ocorre quando uma onda é difratada por duas ou mais fendas. Assim, o padrão em um anteparo é uma mistura de difração e interferências construtivas e destrutivas.
A figura mostra que a luz difratada pelas duas fendas sofre efeito de interferência, de modo que se obtém no anteparo máximo e mínimo de luz.