Diffrazione delle onde ed esempi

IL Diffrazione d'onda È la deviazione della direzione in cui le onde si diffondono quando trovano un ostacolo, che può essere un oggetto solido o un divario. Influendo l'ostacolo, l'onda si distorce e lo circonda. Ma affinché l'effetto sia ben apprezzato, è necessario che la dimensione dell'ostacolo sia paragonabile a quella della lunghezza d'onda.

Il fenomeno della diffrazione delle onde è spiegato secondo il principio di Huygens, scoperto dal fisico olandese Christian Huygens nel 1678. Afferma che quando il disturbo raggiunge un mezzo, ogni punto si comporta come un emettitore di nuove onde, di uguale velocità e frequenza come originale.

La figura mostra la diffrazione di un fronte d'onda piatto in due casi: a) L'apertura è maggiore della lunghezza d'onda (a sinistra) e la parte anteriore dell'onda lo attraversa senza deformarsi a malapena e b) la lunghezza d'onda e la lunghezza d'onda e l'apertura sono comparabili, la parte anteriore dell'onda è piegato, diventando un fronte sferico. Fonte: Wikimedia Commons.

In questo modo, c'è continuamente un nuovo fronte d'onda, che può essere visualizzato disegnando la busta di ciascuna onda secondaria emessa.

Naturalmente, questo fronte d'onda ha punti infiniti, ma proprio al posto dell'ostacolo c'è un singolo fronte d'onda che funge da emettitore, il che rende possibile per l'onda.

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Esempi di diffrazione

La diffrazione è un fenomeno caratteristico di tutte le onde, comprese le onde di luce e acustica. Se un getto di particelle viene attivato su uno schermo fornito di aperture, il getto non si comporta allo stesso modo in cui un'onda sarebbe fatta come la luce, ad esempio, poiché il flusso di particelle non si deformerebbe per piegarsi attraverso l'ostacolo o apertura depositata, ma continuerebbe in linea retta.

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Il primo a sperimentare e documentare il fenomeno della diffrazione della luce fu lo scienziato e sacerdote italiano Francesco María Grimaldi (1618-1663), e anche che gli diede il suo nome.

Progetta luce solare in una stanza buia

Come ha fatto Grimaldi, si può verificare che il trasporto della luce del sole in una stanza buia e la proietta sul muro attraverso un cartone dotato di un piccolo foro o slot, la macchia di luce è più grande di quella prevista.

Si può anche vedere che i bordi non sono chiari e sebbene non sia così semplice da osservare, le rive nell'ombra hanno un motivo a strisce diffuse. Ma se viene utilizzata la luce monocromatica, come quella che proviene da un laser, c'è un motivo a strisce più marcato.

La diffrazione della luce non è così evidente come quella del suono o quella delle onde del mare, perché affinché si verifichi è necessario che l'ostacolo o l'apertura abbiano una lunghezza paragonabile a quella della lunghezza d'onda. La luce visibile ha lunghezze d'onda tra 400-700 nanometri (1 nanometro = 10^-9 metri).

Pertanto, più si avvicina la fessura attraverso la quale viene realizzata la luce che viene proiettata sul muro o sullo schermo, è più evidente che non vi è alcun cambiamento improvviso tra l'area illuminata e scura.

Il microscopio elettronico

Microscopio elettronico in un laboratorio istologico

La diffrazione della luce è una limitazione per il microscopio ottico. Quando un oggetto è più piccolo della lunghezza d'onda della luce non c'è modo di vederlo, perché la diffrazione offusca completamente l'immagine dell'oggetto.

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Ecco perché gli scienziati usano gli elettroni per illuminare strutture molto piccole, poiché la lunghezza d'onda di un raggio di elettroni è inferiore a quella della luce. Succede che gli elettroni abbiano una doppia natura e siano in grado di comportarsi come onde.

Diffrazione delle onde del mare

La diffrazione delle onde del mare è chiaramente osservata quando si passa tra le rocce in Blue Lagoon, Galles, a sud -ovest del Regno Unito. Fonte: Wikimedia Commons.

La diffrazione delle onde del mare è chiaramente vista attorno alle rocce e alle piccole isole, specialmente quando la distanza tra queste rocce è molto simile alla lunghezza d'onda che hanno le onde.

Diffrazione di raggi X

La diffrazione non si verifica solo con la luce visibile, ma anche con il resto dello spettro elettromagnetico. Quando si interpano una struttura cristallina prima di un raggio di raggi X, la diffrazione che sperimentano produce un modello che dipende da quella struttura.

Questa diffrazione è dovuta all'interazione tra i raggi x e gli elettroni esterni degli atomi di vetro.

Comunicazione animale

Molti animali comunicano tra loro emettendo suoni che, a causa della loro bassa frequenza, sono impercettibili agli umani. La gamma udibile di persone è molto ampia, oscillante tra 20 e 20.000 Hz, ma animali come l'elefante africano sono in grado di emettere suoni con frequenze inferiori a 20 Hz.

Il fenomeno li aiuta a comunicare attraverso le vaste savane africane, perché più bassa è la frequenza, più onde acustiche sono diffratti. Quando questi trovano rocce, alberi e arbusti, una parte si riflette nell'ostacolo e l'altra espande l'ostacolo e riempie immediatamente il mezzo sul suo cammino.

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Questo aiuta i membri del pacchetto a trovarsi facilmente l'uno con l'altro.

Ma non solo i pachiderm fanno uso di questa proprietà sonora, ma anche rinoceronte, giraffe e coccodrilli sono in grado di utilizzare suoni a bassa frequenza. Anche il ruggito delle tigri contiene basse frequenze, che secondo gli esperti contribuiscono a paralizzare la diga.

Nebbia

Sono altoparlanti che servono a guidare le navi nelle aree in cui la nebbia impedisce una buona visibilità. Allo stesso modo, le navi hanno questi oratori da avvertire della loro presenza ed evitare quindi incidenti.

Gli altoparlanti della nebbia emettono suoni a bassa frequenza, cioè note seve.

Quest'ultimo è dovuto al fatto che l'attenuazione dell'onda sonora è inferiore minore è la frequenza. Per questo motivo i suoni acuti vengono persi più velocemente di quelli seri, un altro motivo per cui gli elefanti usano suoni di frequenza molto bassa per comunicare.

Radio AM vs. FM

Quadrante di un lettore radio AM e FM

Le onde radio possono sperimentare diffrazione a causa di ostacoli come colline, montagne e grandi edifici. La banda AM ha lunghezze d'onda lunghe (180-550 metri) rispetto agli ostacoli che si trovano di solito.

Ecco perché diffrattano più facilmente di quelli di FM, la cui lunghezza d'onda può essere solo un paio di metri. Questi non si discostano così bene quando si imbattono in edifici, rendendo difficile ricevere in alcune aree.

Riferimenti

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