Difracció
Difracció és un terme que s'aplica a varis fenomens que ocorren quan una ona es troba en un obstàcul o una rendija. Està definida com la desviació d'ones al voltant dels cantons d'un obstàcul o a través de l'obertura en la regió d'una ombra geomètrica de l'obstàcul. L'objecte difractante o rendija es convertix efectivament en una font secundària de l'ona de propagació. El científic italià Francesco Maria Grimaldi va falcar la paraula "difracció" i va anar el primer en registrar observacions precises del fenomen en 1660.
En física clàssica, el fenomen de difracció està descrit pel Principi de Fresnel - Huygens que tracta a cada punt en el front d'una ona propagadora com un grup de ondículas esfèriques individuals.[1] El patró d'interferència característic és més marcat quan una ona d'una font coherent (com un làser) es troba a una rendija/obertura que és comparable en tamany al seu llongitut d'ona, com és mostrat en l'image insertada. Açò es deu a l'adició, o interferència, dels diferents punts en el front ondulatorio (o, equivalentement, de cada ondícula) que viagen per trayectòries de diferents llongituts a la superfície de registre. No obstant, si són múltiples obertures molt propenques, poden resultar en un patró complex d'intensitat variable.
Estos efectes ocorren quan una ona de llum viaja a través d'un mig en un Índex de refracció variable, o quan una ona sonora viaja a través d'un mig en impedència acústica variable – totes les ones es difractan, incloent les ones gravitatoriascita requerida, ones d'aigua, i unes atres ones electromagnètiques com rajos X i ones de radi. Ademés, la mecànica quàntica també demostra que la massa posseïx ones de matèria, i per lo tant, experimenta difracció (la qual és mensurable des de nivells subatòmics a nivells moleculars).[2]
La difracció i l'interferència estan estretament relacionades i són casi – si no exactament – idèntiques en significat. Richard Feynman observa que "la difracció" tendix a ser utilisada quan es referix a moltes fonts ondulatorias, i "interferència" quàn solament són considerades unes quantes.[3]
Història
[editar | editar còdic]
Els efectes de la difracció de la llum varen ser per primera volta cuidadosadament observats i descrits per Francesco Maria Grimaldi, qui també va falcar el terme difracció, del llatí diffringere, 'trencar en péntols', referint-ho al fraccionament de la llum en diferents direccions. Els resultats de les observacions de Grimaldi varen ser publicats en 1665 despuix de la seua mort.[4][5] Isaac Newton va estudiar estos efectes i els va atribuir a la inflexió de rajos de llum. James Gregory (1638–1675) va observar que els patrons de difracció causats per la ploma d'un pardal varen ser efectivament la primera ret de difracció en ser descoberta. Thomas Young va realisar un experiment celebrat en 1803 que demostrava l'interferència de dos rendijas estretament espayades.[6] Explicant els resultats de l'interferència d'ones que emanen dos diferents rendijas, va deduir que la llum es deu propagar com a ones. Augustin-Jean Fresnel va fer estudis més definitius i càlculs de difracció, fets públics en 1816 i 1818,[7] i d'eixe modo va donar gran respal a la teoria ondulatoria de la llum que havia segut fomentada per Christiaan Huygens i revitalisada per Young, en contra de la teoria de la partícula de Newton.[8]
Mecanisme
[editar | editar còdic]
En física clàssica, la difracció ocorre per la manera en que les ones es propaguen; açò es descriu pel principi de Fresnel - Huygens i el principi de superposició d'ones. La propagació d'una ona pot ser visualisada considerant cada partícula del mig transmés en un front d'ona com a punt font d'una ona esfèrica secundària. El desplaçament ondulatorio en qualsevol punt subsecuente és la suma d'estes ones secundàries. Quan les ones se sumen, l'adició està determinada per les fases relatives aixina com les amplitut de les ones individuals de modo que l'amplitut sumada de les ones pot tindre qualsevol valor entre zero i la suma de les amplitut individuals. Per lo tant, els patrons de difracció normalment tenen una série de màxims i mínims.
Segons l'explicació de la mecànica quàntica moderna de la propagació de llum a través d'una rendija (o rendijas), cada fotó es caracterisa per lo que es coneix com una funció d'ona, la qual descriu la trayectòria que seguix el fotó des de la font emissora, a través de la rendija i fins a la pantalla. La trayectòria està determinada tant per l'entorn físic com la geometria de la rendija, la distància de la pantalla i les condicions inicials quan el fotó és creat. L'existència de la funció d'ona del fotó es va demostrar en varis experiments, com el realisat per Geoffrey Ingram Taylor en 1909 (vore experiment de Young). En la perspectiva quàntica el patró de difracció és creat per la distribució de trayectòries. La presència de llum i bandes obscures es deu a la presència o absència de fotons en estes àrees. Este enfocament té algunes semblances cridaneres en el principi de Fresnel - Huygens; segons el que cada rendija actua com una font secundària de llum, donant lloc a diferents trayectòries per a que els fotons travessen les rendijas.
Existixen varis models analítics que permeten al camp difractado ser calculat, inclosa en ells l'equació de difracció de Kirchhoff-Fresnel que es deriva de l'equació d'ona,[9] l'aproximació de difracció de Fraunhofer de l'equació de Kirchhoff que s'aplica al camp lluntà i a la difracció de Fresnel, aproximació que s'aplica al camp propenc. La majoria dels models no poden resoldre's de forma analítica, pero es poden proporcionar solucions numèriques a través de métodos d'elements finitos i elements llímit.
És possible obtindre una comprensió qualitativa de molts fenomens de difracció considerant cóm varien les fases relatives de les fonts d'ones secundàries individuals i, en particular, les condicions en el que el desfasament és igual a mig cicle, en el cas del qual les ones es cancelaran entre sí.
Les descripcions més senzilles de difracció són aquelles en les que el problema es pot reduir a un bidimensional. Per a les ones d'aigua, és este ya el cas; estes es propaguen solament sobre la superfície de l'aigua. Per a la llum, en freqüència podem oblidar una direcció si l'objecte difractor es propaga en eixa direcció a una distància molt major que la de la llongitut d'ona. En el cas de que la llum lluïxca a través de menuts forats circulares, tindrem en conte la naturalea completa tridimensional del problema.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Wireless Communications: Principles and Practice, Prentice Hall communications engineering and emerging technologies séries, T. S. Rappaport, Prentice Hall, 2002 pg 126
- ↑ Nature Nanotechnology.7(5)
- 297–300.ISSN 1748-3395.doi:10.1038/nnano.2012.34.
- ↑ «The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 30: Diffraction». www.feynmanlectures.caltech.edu. Consultat el 25 d'abril de 2019.
- ↑ Jean Louis Aubert (1760). Memoires pour l'histoire dones sciences et dones beaux arts, Paris: Impr. de S. A. S.; Chez E. Ganeau, pp. 149. «grimaldi diffraction 0-1800.»
- ↑ Sir David Brewster (1831). A Treatise on Optics, London: Longman, Rees, Orme, Brown & Green and John Taylor, pp. 95.
- ↑ Philosophical Transactions of the Royal Society of London.94
- 1–16.doi:10.1098/rstl.1804.0001.. (Note: This lecture was presented before the Royal Society on 24 November 1803.)
- ↑ Fresnel, Augustin-Jean (1816), "Mémoire sur la diffraction de la lumière" ("Memoir on the diffraction of light"), Annales de Chimie et de Physique, vol. 1, pp. 239–81 (March 1816); reprinted as "Deuxième Mémoire…" ("Second Memoir…") in Oeuvres complètes d'Augustin Fresnel, vol. 1 (Paris: Imprimerie Impériale, 1866), pp. 89–122. (Revision of the "First Memoir" submitted on 15 October 1815.)
- ↑ Fresnel, Augustin-Jean (1818), "Mémoire sur la diffraction de la lumière" ("Memoir on the diffraction of light"), deposited 29 July 1818, "crowned" 15 March 1819, published in Mémoires de l'Académie Royale dones Sciences de l'Institut de France, vol. Plantilla:Serifa (for 1821 & 1822, printed 1826), pp. 339–475; reprinted in Oeuvres complètes d'Augustin Fresnel, vol. 1 (Paris: Imprimerie Impériale, 1866), pp. 247–364; partly translated as "Fresnel's prize memoir on the diffraction of light", in H. Crew (ed.), The Wave Theory of Light: Memoirs by Huygens, Young and Fresnel, American Book Company, 1900, pp. 81–144. (First published, as extracts only, in Annales de Chimie et de Physique, vol. 11 (1819), pp. 246–96, 337–78.)
- ↑ (1939) The Mathematical Theory of Huygens' Principle (en en), Oxford, pp. 36-40.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Difracción» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.