Difracción
La difracción se refiere a varios fenómenos que ocurren cuando una onda encuentra un obstáculo o una abertura. Se define como la curvatura de las ondas alrededor de las esquinas de un obstáculo oa través de una abertura hacia la región de sombra geométrica del obstáculo/abertura. El objeto de difracción o la apertura se convierte efectivamente en una fuente secundaria de la onda que se propaga . El científico italiano Francesco Maria Grimaldi acuñó la palabra difracción y fue el primero en registrar observaciones precisas del fenómeno en 1660. [1] [2]
En la física clásica , el fenómeno de la difracción se describe mediante el principio de Huygens-Fresnel, que trata cada punto de un frente de onda que se propaga como una colección de pequeñas ondas esféricas individuales . [3] El patrón de flexión característico es más pronunciado cuando una onda de una fuente coherente (como un láser) encuentra una rendija/abertura que es comparable en tamaño a su longitud de onda , como se muestra en la imagen insertada. Esto se debe a la adición, o interferencia , de diferentes puntos en el frente de onda (o, de manera equivalente, cada wavelet) que viajan por caminos de diferentes longitudes hasta la superficie de registro. Si son varios,aperturas estrechamente espaciadas (por ejemplo, una rejilla de difracción ), puede resultar un patrón complejo de intensidad variable.
Estos efectos también ocurren cuando una onda de luz viaja a través de un medio con un índice de refracción variable , o cuando una onda de sonido viaja a través de un medio con una impedancia acústica variable : todas las ondas se difractan, incluidas las ondas gravitatorias [ cita requerida ] , las ondas de agua y otras ondas electromagnéticas . ondas como los rayos X y las ondas de radio . Además, la mecánica cuántica también demuestra que la materia posee propiedades ondulatorias y, por lo tanto, se somete a difracción (que se puede medir desde niveles subatómicos hasta moleculares). [4]
Los efectos de la difracción de la luz fueron observados y caracterizados cuidadosamente por primera vez por Francesco Maria Grimaldi , quien también acuñó el término difracción , del latín diffringere , 'romper en pedazos', refiriéndose a la luz rompiéndose en diferentes direcciones. Los resultados de las observaciones de Grimaldi se publicaron póstumamente en 1665. [5] [6] [7] Isaac Newton estudió estos efectos y los atribuyó a la inflexión de los rayos de luz. James Gregory (1638-1675) observó los patrones de difracción causados por una pluma de pájaro, que fue efectivamente la primera red de difracción que se descubrió. [8] Tomás jovenrealizó un célebre experimento en 1803 demostrando la interferencia de dos rendijas muy juntas. [9] Explicando sus resultados por la interferencia de las ondas que emanan de las dos rendijas diferentes, dedujo que la luz debe propagarse como ondas. Augustin-Jean Fresnel realizó estudios y cálculos de difracción más definitivos, que se hicieron públicos en 1816 [10] y 1818, [11] y, por lo tanto, dieron un gran apoyo a la teoría ondulatoria de la luz que había sido propuesta por Christiaan Huygens [12] y revigorizada por Young, contra la teoría de partículas de Newton.
En la física clásica la difracción surge por la forma en que se propagan las ondas; esto se describe mediante el principio de Huygens-Fresnel y el principio de superposición de ondas . La propagación de una onda se puede visualizar considerando cada partícula del medio transmitido en un frente de onda como fuente puntual de una onda esférica secundaria.. El desplazamiento de la onda en cualquier punto posterior es la suma de estas ondas secundarias. Cuando las ondas se suman, su suma está determinada por las fases relativas, así como por las amplitudes de las ondas individuales, de modo que la amplitud sumada de las ondas puede tener cualquier valor entre cero y la suma de las amplitudes individuales. Por tanto, los patrones de difracción suelen tener una serie de máximos y mínimos.
