7.3: Interferenza e diffrazione

L'interferenza è un fenomeno caratteristico esibito dalle onde. Quando due onde elettromagnetiche interagiscono con i loro picchi e valli coincidenti, viene prodotta un'onda risultante con ampiezza maggiore. Questo è noto come interferenza costruttiva. In questo caso le due onde interagenti sono in fase tra loro.

In alternativa, se le due onde coincidono e interagiscono in modo tale che il minimo di un'onda coincida con il picco dell'altra (in modo sfasato), l'onda risultante mostrerà un'ampiezza molto inferiore. Questo è noto come interferenza distruttiva.

Le onde mostrano anche un comportamento caratteristico chiamato diffrazione. Quando un raggio di luce passa attraverso una fenditura di dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda del raggio incidente, il raggio si piega (o diffrange) attorno alla fenditura. Al contrario, quando un flusso di particelle viene fatto passare attraverso una fenditura, le particelle escono semplicemente attraverso l'apertura.

Inoltre, quando un raggio di luce passa attraverso una coppia di fenditure ravvicinate separate da una distanza paragonabile alla lunghezza d'onda della luce, in corrispondenza di ciascuna fenditura vengono prodotte onde circolari mediante il processo di diffrazione. Queste due onde interferiscono tra loro in modo tale che su uno schermo posto a breve distanza dietro le fenditure si ottiene una figura di interferenza con linee scure e chiare alternate.

La linea luminosa viene prodotta al centro dello schermo poiché le due onde percorrono una distanza uguale per raggiungere questo punto e interferire in modo costruttivo. Quando le due onde percorrono una piccola distanza dal centro in entrambe le direzioni, percorrono distanze leggermente diverse. Sono fuori fase. Quando la differenza nelle distanze percorse è esattamente la metà della lunghezza d'onda, si incontrano producendo un'interferenza distruttiva. Le regioni scure corrispondono alle regioni in cui i picchi dell'onda proveniente da una fenditura coincidono con i minimi dell'onda proveniente dall'altra fenditura (interferenza distruttiva), mentre le regioni più luminose corrispondono alle regioni in cui i picchi delle due onde (o i loro due minimi) coincidono (interferenza costruttiva). Il modello di diffrazione è una proprietà intrinseca delle onde e presenta prove convincenti della natura ondulatoria della luce.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 6.1: Electromagnetic Energy.

Una proprietà unica delle onde elettromagnetiche è che quando entrano in contatto fra loro, interagiscono in modo tale che l'onda risultante abbia un'ampiezza aumentata o diminuita. Questo fenomeno è detto interferenza. Quando le creste di due onde sono allineate, sono in fase"Quando queste onde interagiscono, le loro ampiezze si sommano e viene prodotta un'onda con ampiezza maggiore, tramite un'interferenza costruttiva.

Se le due onde non si allineano, in modo che le loro creste siano in direzioni opposte:sono fuori fase"In questo caso, l'onda risultante ha un'ampiezza inferiore. Questa è un'interferenza distruttiva. Quando la depressione di un'onda si sovrappone completamente alla cresta dell'altra, le onde si annullano a vicenda.

La diffrazione è un altro comportamento caratteristico delle onde. Prendete la prospettiva dall'alto di un'onda, cosicché le creste siano rappresentate da linee verticali, e immagina che stia viaggiando verso una barriera con un'apertura stretta. L'apertura nella barriera è di dimensioni simili alla lunghezza d'onda.

Quando l'onda passa, si piega attorno agli angoli dell'apertura e si diffonde in diverse direzioni. Ma come si comportano le onde quando ci sono due o più aperture nella barriera? Questo può essere osservato usando una fonte di luce.

Quando viene emessa la luce, l'onda passa attraverso la coppia di fenditure ravvicinate, ed emergono due onde diffratte. Queste onde interferiscono fra di loro per creare uno schema. Quando le due onde percorrono la stessa distanza, interferiscono in modo costruttivo, come osservato dall'aspetto di una linea luminosa.

A una piccola distanza dal centro, in entrambe le direzioni, un'onda percorre una distanza leggermente più lunga dell'altra diventando fuori fase"L'interferenza distruttiva crea una regione oscura. A seconda delle distanze percorse dalle onde, si forma uno schema di interferenza di linee luminose e scure alternate. Questo esperimento a doppia fenditura dimostra la natura ondulatoria della luce.