Il diffrazione della luce è il nome dato alla distorsione di un raggio di luce quando colpisce un piccolo oggetto o una piccola apertura in uno schermo. Fu l'italiano Francesco Maria Grimaldi a dare il nome di diffrazione a questo fenomeno e il primo a studiarlo nel 1665.
Quando l'oggetto o la fessura che intercetta il raggio di luce è dell'ordine dei decimi di millimetro o meno, l'ombra proiettata non è precisa. Piuttosto, si diffonde intorno a quella che dovrebbe essere la sua ombra geometrica. Questo perché il raggio di luce viene deviato e si diffonde lungo i bordi dell'ostacolo..
La figura sopra mostra un modello molto particolare di alternanza di aree chiare e scure. Prodotto dalla luce di un puntatore laser (lunghezza d'onda 650 nm) che passa attraverso una fessura quadrata di 0,1 mm x 0,1 mm e proiettato su uno schermo.
Questo fenomeno di formazione del modello si osserva anche nelle onde sonore e nelle onde sulla superficie dell'acqua, così come nelle onde radio e nei raggi X. Questo è il motivo per cui sappiamo che è un fenomeno eminentemente ondeggiante..
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In un raggio di luce monocromatico (contenente una singola lunghezza d'onda) come la luce laser, la diffrazione del raggio di luce incidente sull'ostacolo forma uno schema di bande chiare e scure quando proiettata su uno schermo.
Questa disposizione di aree chiare e scure è chiamata schema di diffrazione.
La diffrazione è spiegata in modo classico, secondo Principio di Fresnel-Huygens.
Deriva dalla sovrapposizione delle onde sferiche emanate dal bordo dell'ostacolo e dagli altri punti del fronte d'onda che confina con i bordi, in modo tale che si verifichi un'interferenza tra le onde di questo insieme di sorgenti secondarie.
Quando due o più onde coincidono nello stesso punto nello spazio, si verifica un'interferenza tra di loro. Può quindi accadere che le rispettive ampiezze vengano sommate o sottratte, dopodiché ciascuna va per la propria strada..
Tutto dipende dal fatto che le onde coincidano in fase. Se è così, le ampiezze si sommano, mentre in quei luoghi dove le onde sono sfasate o in controfase l'ampiezza diminuisce o si annulla..
Questo è il motivo per cui il modello di diffrazione ha aree chiare e scure..
A differenza del fenomeno dell'interferenza luminosa, in cui il numero di sorgenti d'onda è due o tre, nel caso di diffrazione il numero di sorgenti secondarie di onde sferiche è molto ampio e tende a formare un continuum di sorgenti..
L'interferenza delle onde nella diffrazione è più evidente se la sorgente ha una sola lunghezza d'onda e tutti i fotoni che compongono il fascio di luce sono in fase, come nel caso della luce di un laser..
Il interferometria a macchie è una delle applicazioni pratiche del fenomeno della diffrazione della luce.
Quando una superficie viene illuminata con luce laser, i fronti d'onda della luce riflessa dalla superficie sono in fase, ma diventano sfasati dopo aver percorso il percorso verso la lastra o lo schermo su cui è registrata l'immagine..
Lì viene prodotto un modello di diffrazione maculato (macchiolina in inglese), che fornisce informazioni sulla superficie da cui provengono i fotoni riflessi.
In questo modo è possibile rilevare difetti o fratture in una parte, difficilmente visibili ad occhio nudo..
La conoscenza dei pattern di diffrazione presenti nelle immagini fotografiche o digitali di oggetti astronomici: stelle o asteroidi, serve per migliorare la risoluzione delle immagini astronomiche.
La tecnica consiste nel raccogliere un gran numero di immagini dello stesso oggetto che singolarmente sono di bassa definizione o luminosità..
Quindi, quando elaborati in modo computazionale ed estraendo il rumore dalla diffrazione, danno come risultato un'immagine a risoluzione più elevata.
In questo modo è possibile mostrare dettagli precedentemente mascherati negli originali, proprio a causa della diffrazione della luce..
La diffrazione è un fenomeno che quasi tutti noi sicuramente osserviamo, ma non sempre ne identifichiamo adeguatamente l'origine. Ecco alcuni esempi:
L'arcobaleno è causato principalmente dalla sovrapposizione delle onde rifratte e riflesse all'interno delle goccioline d'acqua fini.
Costituiscono un insieme molto ampio di sorgenti luminose secondarie, le cui onde interferiscono, formando il colorato arcobaleno che ammiriamo tanto dopo la pioggia..
La luce che rimbalza su un CD o DVD forma anche sorprendenti motivi colorati. Hanno la loro origine nel fenomeno della diffrazione della luce riflessa dalle scanalature sub-millimetriche che compongono i binari.
L'ologramma che spesso compare sulle carte di credito e sui prodotti di marca forma un'immagine tridimensionale.
È dovuto alla sovrapposizione delle onde provenienti dagli innumerevoli punti riflettenti stampati. Questi punti non sono distribuiti in modo casuale, ma sono stati formati dal modello di diffrazione dell'oggetto originale, che è stato illuminato con luce laser e successivamente inciso su una lastra fotografica..
A volte puoi vedere aloni o anelli intorno al Sole o alla Luna.
Si formano grazie al fatto che la luce proveniente da questi corpi celesti rimbalza o viene riflessa in una quantità innumerevole di particelle o cristalli formati nell'atmosfera superiore..
A loro volta agiscono come sorgenti secondarie e la loro sovrapposizione dà origine al modello di diffrazione che forma l'alone celeste..
L'iridescenza di alcune superfici come le bolle di sapone o le ali traslucide di alcuni insetti è spiegata dalla diffrazione della luce. Su queste superfici i toni ed i colori della luce osservati variano a seconda dell'angolo di osservazione..
I fotoni riflessi nei sottili strati semitrasparenti costituiscono un ampio insieme di sorgenti luminose che interferiscono in modo costruttivo o distruttivo.
Quindi, formano i modelli corrispondenti alle diverse lunghezze d'onda o colori, di cui è composta la luce dalla sorgente originale..
Si osservano quindi solo le lunghezze d'onda provenienti da determinate traiettorie: quelle che vanno dai punti riflessi all'occhio dell'osservatore e che hanno una differenza intera nelle lunghezze d'onda..
Le lunghezze d'onda che non soddisfano questo requisito vengono annullate e non possono essere osservate.
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