Mudanças entre as edições de "Fap0459/textos/grupo AlexAndre/Gregori/Diego/Clóvis"

Edição das 19h44min de 31 de agosto de 2009

O CD e o DVD ajudando na Compreensão da Difração

Mas o que é Difração?

  Quando se propagam num meio físico, as ondas podem sofrer desvios de diversos modos. Isso ocorre em função de refrações, de reflexões e ainda devido a um fenômeno específico, conhecido como difração, que será examinado aqui.

O que é difração? Para começar, imagine que você está do lado de fora, perto de uma janela de uma sala onde duas pessoas se encontram conversando. Mesmo sem vê-las, é possível escutar a conversa delas. Como isso acontece?

  A janela pode ser considerada uma fenda por onde as ondas ou vibrações sonoras irão passar. Contudo, ao atravessar essa janela, as vibrações não irão ficar restritas à área que está diante dela: o som também vai atingir as regiões que lhe são adjacentes. É por isso que uma pessoa encostada na parede, no lado de fora, pode escutar a conversa. É o que você pode ver na figura a seguir:

Note que as ondas sonoras não se espalham somente diante da entrada, propagando-se também para os lados da parede. É precisamente isso que se chama de difração: a capacidade que qualquer onda tem de evoluir radialmente a partir de uma abertura.

Onda luminosa

Como se propaga a luz? A propagagação de qualquer onda através do espaço pode ser descrita mediante um método geométrico conhecido como princípio de Huygens: Cada ponto de uma frente de onda primária serve como fonte puntiforme de ondículas secundárias esféricas que avançam numa velocidade de uma frequência igual à velocidade e à frequência de onda primária (procurar uma imagem e colocar aqui). Para compreender o fenômeno da difração é necessário considerar dois elementos: o tamanho da fenda e o comprimento da onda. A difração é mais acentuada quanto maior for o comprimento de onda e quanto menor for o tamanho da fenda pela qual ela vai passar. O comprimento de uma onda sonora varia em média de 1,7 cm (som agudo) até 17m (som grave). Já o comprimento de uma onda luminosa é muito pequeno quando comparado, por exemplo, ao tamanho da entrada da sala. Por isso, sua difração também é pequena. Nesse caso, haverá regiões de sombra, ou seja, áreas pelas quais a onda luminosa não irá se propagar. Observe a figura abaixo:

O comprimento da onda luminosa (espectro visível) varia de 400nm (luz violeta) até 700nm (luz vermelha). Ou seja, quando se lida com a luz, fala-se em ondas realmente muito pequenas. Portanto, para se produzir a difração da luz, é necessário que as fendas sejam de tamanho comparável ao do comprimento de uma onda luminosa, isto é, fendas de tamanho microscópico.

E o CD com isso?

   Se a luz possui um comprimento de onda pequeno, precisamos de uma janela bem pequena para observarmos o fenômeno de difração da luz! É aí que entra o CD. Mídia como o CD ou DVD são milhões de janelas quando tiramos a parte reflexiva que se encontra atrás deles.
   Se o CD tivesse apenas uma janelinha e pudéssemos olhar bem de perto a incidência do laser sobre ela veríamos algo como a figura abaixo.

Se o CD tivesse duas janelinhas veríamos a figura abaixo.

Observe na figura anterior que as ondas da primeira janelinha interferem com as ondas da segunda janelinha fazendo vários pincéis de luz e não apenas dois. Abaixo segue algo mais parecido com o CD. Vinte janelinhas!. Observe como a interferência forma um padrão complexo. Os pontos onde a interferência é destrutiva estão em branco e onde a interferência é construtiva está em rosa.

Quando nos afastamos bem, vemos que diversos feixes de luz surgem da superfície do CD. Como na imagem abaixo.

O mais impressionante é que através desses feixes é possível descobrir a distância das fendas (janelinhas) do CD. Através de um cálculo matemático que soma as ondas eletromagnéticas provenientes de todas as fendas, chega-se a uma expressão simples que associa o comprimento de onda da luz com o ângulo desses feixes maiores. Se d é a distância entre as janelinhas, λ é o comprimento de onda da luz e Θ é o ângulo de abertura n é a ordem de difração. No desenho Θ1 se refere a n=1 e Θ2 se refere a n=2.

Aplicação Prática Determinação da distância das trilhas do CD e do DVD

Material: papel milimetrado, laser pointer, um CD e um DVD regravável (não pode ser de promoção, pois não é possível tirar lâmina metálica dele), régua, lápis e borracha.

Procedimento:

• primeiro retire a parte metálica da mídia riscando-a e puxando-a com uma fita adesiva.
• Depois apóie a mídia e incida o laser perpendicularmente a ela (dica: utilize a borda da mesa).
• Determine o ângulo de abertura dos feixes (dica: use o papel milimetrado).
• Determine a distância entre as trilhas do CD e do DVD.
• Determine quantas voltas a trilha dá dentro de cada mídia.