Diffrazione: differenze tra le versioni

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In [[fisica]] la '''diffrazione''' è un [[fenomeno]] associato alla deviazione della traiettoria di propagazione delle [[Onda (fisica)|onde]] (come anche la [[riflessione (fisica)|riflessione]], la [[rifrazione]], la [[Diffusione ottica|diffusione]] o l'[[interferenza]]) quando queste incontrano un ostacolo sul loro cammino. È tipica di ogni genere di onda, come il [[suono]], le onde sulla superficie dell'[[acqua]] o le [[onda elettromagnetica|onde elettromagnetiche]] come la [[luce]] o le [[onde radio]]; la diffrazione si verifica anche nelle particolari situazioni in cui la materia mostra proprietà ondulatorie, in accordo con la [[dualità onda-particella]].

 

Fenomeni di diffrazione possono essere osservati quotidianamente, in particolare quelli che interessano la luce: per esempio, le tracce incise sulla superficie di un CD o di un DVD agiscono come un [[reticolo di diffrazione]], creando il familiare effetto [[arcobaleno]]; anche i piccoli [[ologramma|ologrammi]], ad esempio delle carte di credito, si basano sulla diffrazione. In natura, si possono osservare colori cangianti dovuti a diffrazioni [[Interferenza (fisica)|interferenziali]], come quelli delle piume del pavone, o della corazza di alcuni coleotteri, o delle ali di molte farfalle (figura a sinistra), che sono colorate grazie all'interferenza delle onde diffratte da parte di microscopiche scaglie disposte regolarmente.

 

 

La [[diffrazione atmosferica]] causata da microscopiche gocce d'acqua in sospensione è la responsabile degli anelli luminosi visibili attorno alle sorgenti di luce; la stessa ombra di un oggetto può mostrare deboli effetti di diffrazione sui bordi.

 

== Storia ==

Qualunque deviazione di un raggio di luce non imputabile a riflessione o rifrazione è chiamato ''diffrazione''. Questa è la classica definizione riscontrata nel trattato classico di Ottica di [[Arnold Sommerfeld]]<ref>A. Sommerfeld, ''Optics'' (Academic press, New York,1954) p.179.</ref>. È sorprendente notare che questa definizione ricalca quanto descritto per la prima volta dal Gesuita [[Francesco Maria Grimaldi]] (si veda l'originale definizione nella seconda figura che riproduce l'originale paragrafo nel trattato di F. M. Grimaldi), coniandone il termine che significa "frazionamento in più parti" nel 1665<ref>Physico-mathesis de lumine, coloribus et iride (Bonomiae, 1665).</ref>. [[Isaac Newton]] attribuì la causa del fenomeno a un ''incurvamento'' dei raggi luminosi (non osservando, come tutti gli Ottici Newtoniani, le frange all'interno dell'ombra di un capello)<ref>I. Newton, ''Opticks'', (London, 1704) Book 3.

</ref>. Il termine newtoniano che designa la diffrazione è ''inflexion''. [[Thomas Young]] studiò la diffrazione come sovrapposizione tra la luce direttamente trasmessa oltre una apertura in uno schermo (o un ostacolo) e un'onda avente origine dal bordo dell'apertura o dell'ostacolo. Lo stesso [[Augustin-Jean Fresnel]] adottò inizialmente il modello di Thomas Young, ma alcune esperienze atte ad evidenziare variazioni della figura di diffrazione dai parametri caratteristici del bordo (natura, geometria del bordo) e una inversione rispetto alla posizione prevista delle frange scure nella regione esterna all'ombra di un capello, lo indussero ad un abbandono della teoria dell'onda di bordo (stabilita da A. Fresnel in modo del tutto indipendente da Thomas Young), a favore della teoria basata sul [[principio di Huygens]], riuscendo soprattutto a fornire una descrizione del fenomeno dal punto di vista matematico.

===Analisi quantitativa della diffrazione da una singola fenditura===

[[Immagine:diffraction1.png|right|frame|Grafico e immagine della diffrazione da una singola fenditura]]

 

Come esempio, si può ricavare un'equazione più precisa che leghi l'intensità delle bande di diffrazione all'angolo a cui si considerano, nel caso di una singola fenditura: partendo dalla rappresentazione matematica del [[principio di Huygens]] si considera un'onda monocromatica <math>\Psi^\prime</math> sul piano complesso di lunghezza d'onda λ incidente su una fenditura di ampiezza ''a''; se questa fenditura giace lungo il piano individuato dagli assi x&prime;-y&prime; (con centro nell'origine), si può ipotizzare che la diffrazione generi un'onda complessa <math>\Psi</math> che viaggia lungo una direzione radiale ''r'' rispetto alla fenditura e la cui equazione è: