7.3: Interferência e Difração

A interferência é um fenómeno característico exibido por ondas. Quando duas ondas eletromagnéticas interagem com os seus picos e vales a coincidirem, uma onda resultante com amplitude melhorada é produzida. Isto é conhecido como interferência construtiva. Neste caso, as duas ondas que interagem estão em fase uma com a outra.

Alternativamente, se as duas ondas coincidirem e interagirem de forma a que o vale de uma onda coincida com o pico da outra (de forma desfasada), a onda resultante apresentará uma amplitude muito inferior. Isto é conhecido como interferência destrutiva.

As ondas também mostram um comportamento característico chamado difração. Quando um feixe de luz passa por uma fenda com um tamanho comparável ao comprimento de onda do feixe incidente － o feixe dobra-se (ou difrata) ao redor da fenda. Pelo contrário, quando um fluxo de partículas passa através de uma fenda, as partículas simplesmente saem através da abertura.

Além disso, quando um feixe de luz passa através de um par de fendas próximas separadas por uma distância comparável ao comprimento de onda da luz, são produzidas ondas circulares em cada fenda pelo processo de difração. Estas duas ondas interferem umas com as outras, de modo que um padrão de interferência com linhas escuras e brilhantes alternadas é obtido em uma tela colocada a uma curta distância atrás das fendas.

A linha brilhante é produzida no centro da tela, uma vez que as duas ondas percorrem uma distância igual para alcançar esse ponto e interferem construtivamente. Quando as duas ondas percorrem a pequena distância do centro para qualquer direção, elas percorrem distâncias ligeiramente diferentes. Estão fora de fase. Quando a diferença nas suas distâncias percorridas é exatamente uma metade do comprimento de onda,   elas encontram-se produzindo interferência destrutiva. As regiões escuras correspondem a regiões onde os picos da onda de uma fenda coincidem com os vales da onda da outra fenda (interferência destrutiva), enquanto que as regiões mais brilhantes correspondem às regiões onde os picos das duas ondas (ou os seus dois vales) acabam por coincidir (interferência construtiva). O padrão de difração é uma propriedade inerente das ondas e apresenta evidências convincentes para a natureza ondulatória da luz. 

Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 6.1: Electromagnetic Energy.

Uma propriedade única das ondas é que quando elas entram em contaco umas com as outras, elas interagem de tal forma que a onda resultante ou tem uma amplitude aumentada ou diminuída. A este fenómeno chama-se interferência. Quando os timbres de duas ondas estão alinhados, elas estão em fase'À medida que estas ondas interagem, as suas amplitudes somam-se e produz-se uma onda com maior amplitude.

Isto é uma interferência construtiva. Se as duas ondas não se alinharem de modo a que os seus timbres estejam em direções opostas estão fora de fase'Neste caso, a onda resultante tem uma amplitude mais baixa. Isto é uma interferência destrutiva.

Quando o canal de uma onda se sobrepõe por completo com o timbre de outra, as ondas cancelam-se umas às outras. A difração é outro comportamento característico das ondas. Ter uma perspectiva de topo de uma onda para que os timbres sejam representados por linhas verticais e imaginar que está a viajar em direção a uma barreira com uma abertura estreita.

A abertura na barreira é semelhante em tamanho ao comprimento da onda. À medida que a onda passa, ela dobra-se em torno os cantos da abertura e espalha-se em diferentes direções. Mas como é que as ondas se comportam quando há duas ou mais aberturas na barreira?

Isto pode ser observado utilizando uma fonte de luz. Quando a luz é emitida, a onda passa através das aberturas muito espaçadas, e duas ondas difratadas emergem. Estas ondas interferem umas com as outras para criar um padrão.

Quando as duas ondas percorrem a mesma distância, interferem de forma construtiva. Isto é observado pelo aparecimento de uma linha brilhante. A uma pequena distância do centro, em qualquer direção, uma onda percorre uma distância ligeiramente maior do que a outra onda e ficam fora de fase'A interferência destrutiva cria uma região sombria.

Dependendo das distâncias percorridas pelas ondas, um padrão de interferência de linhas alternadas de brilho e escuridão é formado. Esta experiência de dupla abertura demonstra a natureza ondulatória da luz.