O mundo da física e da fotografia é afetado por um fenômeno da luz conhecido como difração . Muitas lentes de câmeras profissionais são projetadas para proporcionar excelente nitidez. No entanto, mesmo com altíssima qualidade, elas não conseguem escapar desse fenômeno da luz.
Neste artigo vamos contar o que é a difração de luz e quais são suas características e importância.
O que é difração de luz
Quando as ondas de luz passam por pequenas aberturas e contornam obstáculos ou bordas afiadas, ocorre um fenômeno chamado difração da luz. Se um objeto opaco for colocado entre uma fonte de luz pontual e uma tela, a fronteira entre as regiões sombreadas e iluminadas na tela não ficará claramente definida. É possível observar pequenas quantidades de luz refratando de algumas regiões sombreadas e iluminadas, dispersando-se em direção às áreas mais escuras.
A difração da luz é um fenômeno que ocorre quando ondas de luz passam por uma abertura estreita. Quando isso acontece, as ondas de luz se espalham e deixam de se propagar em um feixe. Sempre que falamos de um ponto de luz, precisamos entender o que é um feixe de luz. Esse feixe é simplesmente um fluxo de luz que atravessa o ar. Nesse caso, ao passar por uma abertura, as ondas de luz se espalham, de forma semelhante ao funcionamento dos faróis de um carro à noite, pois a própria abertura atua como uma nova fonte de luz.
A difração de luz é usada em câmeras para forçar a luz através de um orifício muito pequeno. Isso é usado para selecionar a quantidade de luz que usaremos para tirar a fotografia.
Características principais
A difração da luz impede que ela se concentre em um ponto preciso. Esse fenômeno faz com que ela se disperse, formando o que é conhecido como disco de Airy. Esse disco é simplesmente uma representação da deformação do feixe de luz e das ondas projetadas em um plano. No caso da fotografia, o plano é o sensor da câmera.
O disco de Airy é o que os fotógrafos buscam para alcançar o equilíbrio. O objetivo é capturar uma imagem com pouca profundidade de campo para que tudo apareça nítido. Graças ao fenômeno da difração da luz, a abertura da câmera pode ser fechada para focar com mais eficiência em uma fotografia. No entanto, chega um ponto em que fechar a abertura resulta em uma perda geral de nitidez. Portanto, entender como a difração da luz funciona é crucial para otimizar fotografias. Para explorar ainda mais esses fenômenos, você também pode consultar o artigo sobre nuvens iridescentes e as cores presentes nelas.
Esse fenômeno também é utilizado em comerciais para poder gerar visualizações que chamam a atenção a olho nu. O termo difração vem do latim diffractus, que significa quebrou. Isso ocorre principalmente porque um estilingue é capaz de contornar um obstáculo em sua propagação, afastando-se do comportamento dos raios retilíneos. Deve-se ter em mente que os principais efeitos da difração de luz são regularmente pequenos.
O fenômeno da distração pode ser observado a olho nu ao se aproximar dois dedos a cerca de dez centímetros do olho, criando um pequeno espaço entre eles. É nesse ponto que se observa uma série de linhas escuras e claras. Essas linhas são causadas principalmente pela interferência construtiva e destrutiva da luz . Essa interferência contorna os dedos, produzindo esse efeito.
Difração de luz e princípio de Huygens
A razão para o que acontece com a interferência não é totalmente óbvia. O cientista Christiaan Huygens ofereceu uma explicação para esse fenômeno. A explicação baseia-se na radiação eletromagnética e em sua dinâmica. Quando a luz deixa a fonte de onde é emitida, ela se expande à medida que se propaga. Sua expansão ocorre em linha reta, como se estivesse cobrindo a superfície de uma esfera em constante expansão. A área total de expansão da luz aumenta proporcionalmente ao quadrado da distância percorrida pela radiação.
Consideramos que a energia eletromagnética pode se propagar a partir de uma fonte pontual em ondas planas. Nesse caso, a lei do inverso do quadrado da distância se aplica não apenas à fonte de energia, mas também a qualquer ponto em uma onda plana. Portanto, podemos dizer que as ondas são criadas continuamente a partir de cada ponto no plano e se propagam em todas as direções. Se reduzirmos a área de onde a luz é emitida, a área da superfície através da qual o feixe de luz se propaga também será reduzida.
Este princípio de Huygens foi publicado há mais de 300 anos e um novo mecanismo é proposto para conhecer a propagação da luz como a conhecemos hoje. Nessa época, considerava-se que a luz viajava como ondas em uma espécie de matéria fictícia chamada éter e presume-se que ela preenchia todo o espaço. Cada partícula de éter que vibra era vista como origem de novas ondas. As ondas esféricas pertencentes à difração de luz inicial se originam de uma fonte pontual e são parcialmente obscurecidas por uma tela infinita S.
O movimento das ondas de luz é definido pela velocidade dentro do cone delimitado pela abertura da tela. A abertura é conhecida como a superfície através da qual a luz pode emergir. Esse princípio é usado para estabelecer as leis da reflexão e refração para ondas planas. O princípio de Huygens é relevante para a geometria óptica e é válido para comprimentos de onda extremamente pequenos. No entanto, ele não pode ser usado para explicar todos os fenômenos relacionados às ondas de luz. Por exemplo, não explica o desvio dos raios de luz em linha reta quando passam pela borda de um objeto ou por pequenas aberturas.
Espero que com essas informações você possa aprender mais sobre a difração de luz.