Difração – O que é? Quando ocorre? Princípio de Huygens e Exercícios!

A difração ocorre quando uma onda encontra uma fenda ou um obstáculo, sofrendo um encurvamento. Esse fenômeno ondulatório faz com que, mesmo separado por uma parede, você consiga escutar o som de um rádio.

Assim como Newton formulou os princípios da Mecânica, coube a Christian Huygens sistematizar as leis de propagação da Ondulatória. Graças ao Princípio de Huygens, podemos compreender a difração de uma onda.

Ondas periódicas e dimensões da onda

Chama-se pulso a onda que corresponde a uma perturbação simples. Uma sucessão de pulsos iguais produz uma onda periódica.

Existem propagações:

Frente da onda

Em meios bi ou tridimensionais, as perturbações oriundas de uma fonte se propagam em todas as direções.

Suponha que você tirasse uma fotografia das ondulações que se espalham em um lago quando você atira uma pedra na água. Se você marcasse o local das cristas nas fotos, sua imagem seria parecida com a figura abaixo:

As linhas que localizam as cristas são chamadas de frentes de onda e estão espaçadas precisamente em um comprimento de onda (λ).

Embora as frentes de onda sejam círculos, você dificilmente notaria a curvatura se observasse uma pequena secção da frente da onda a uma distância muito grande da fonte. As frentes de onda pareceriam linhas paralelas, espaçadas por um comprimento de onda.

Desse modo, podemos agora entender como ocorre o fenômeno de difração.

Difração de uma onda

Quando ocorre o fenômeno da difração, as ondas conseguem contornar obstáculos e fendas e chegar em regiões que não seriam atingidas caso a onda apresentasse apenas propagação retilínea.

Isso pode ser explicado pelo princípio de Huygens, que afirma que:

“cada ponto de um meio atingido por uma perturbação periódica torna-se, por sua vez, uma nova fonte de perturbação periódica”.

Isto é, quando os pontos de uma abertura ou de um obstáculo são atingidos pela frente de onda, eles tornam-se fontes de ondas secundárias que mudam a direção de propagação da onda principal, atravessando a abertura e contornando o obstáculo.

Tal fenômeno acontece em todos os tipos de ondas, porém o percebemos com maior facilidade quando analisamos ondas sonoras.

No caso de uma pessoa separada da fonte sonora por uma parede, o indivíduo não vê diretamente o objeto emissor do som, mas o som emitido pela fonte chega até os ouvidos, devido ao fenômeno da difração. Podemos, por exemplo, escutar o som de um rádio mesmo que haja uma parede nos separando do objeto.

A maior ou menor capacidade que uma onda tem de sofrer difração está relacionada ao tamanho do obstáculo a ser contornado ou à largura da passagem a ser transposta e o seu comprimento de onda. Como a energia não se distribui igualmente em todas as direções, quanto menor for o comprimento da onda (λ) em relação ao tamanho da fenda ou obstáculo (d) atingido, menor será a capacidade de contorna-los.

Isto é, é possível aumentar a intensidade da difração reduzindo o tamanho da fenda/obstáculo ou aumentando o comprimento da onda.

A difração só é observada quando a dimensão do orifício for menor ou igual à dimensão do comprimento de onda da luz. Consequentemente, a difração da luz só é perceptível quando ela incide, por exemplo, na fina extremidade de uma lâmina de barbear, no orifício de uma agulha, etc.

No caso de ondas sonoras, que são ondas tridimensionais, observaríamos a difração da seguinte maneira:

Exercício resolvido

1) Na figura, está representada uma onda que, ao se propagar, se aproxima de uma barreira. A posição das cristas dessa onda, em um certo momento, está representada pelas linhas verticais. A seta indica a direção de propagação da onda. Na barreira, existe uma abertura retangular de largura ligeiramente maior que o comprimento de onda da onda. Considerando essas informações, assinale a alternativa em que MELHOR estão representadas as cristas dessa onda após ela ter passado pela barreira.

Resolução:

A frequência de onda não se altera. Como, após a barreira, o comprimento da onda é o mesmo, a velocidade da onda se mantém. Dessa forma, mantém-se também o comprimento da onda, mas a perturbação depois da difração invade regiões que não seriam atingidas caso se considerasse apenas a propagação retilínea.

Portanto, A e C estão erradas, por haver mudança na frequência da onda. B também está errada, pois ignora o fenômeno de difração, mantendo apenas uma propagação retilínea. Portanto, D é correta, pois a frequência da onda é mantida e ela chega a regiões (após atravessar a barreira) nas quais não chegava anteriormente, graças à difração.