Diffrazione attraverso una singola fessura
La diffrazione si verifica anche quando un’onda passa attraverso una fessura (o fessura) in una barriera. Questo è mostrato nelle due animazioni qui sotto. La differenza tra i film è la dimensione del divario.
Quando la dimensione del gap cambia, in che modo questo influisce sulla diffrazione delle onde? Quando si verifica la massima diffrazione? (Pensa alle tue precedenti scoperte sulla diffrazione del suono attorno a un ostacolo).
Quando la larghezza del divario è maggiore della lunghezza d’onda (film in basso), l’onda passa attraverso il divario e non si diffonde molto dall’altra parte. Quando la dimensione del gap è inferiore alla lunghezza d’onda (film in alto), si verifica più diffrazione e le onde si diffondono notevolmente – le fronti d’onda sono quasi semicircolari.
Principio di Huygen
Un modo per spiegare gli effetti della diffrazione è usare un metodo matematico inventato dal fisico del xvii secolo Christiaan Huygens.
Huygens sosteneva che un fronte d’onda poteva essere modellato come una serie di wavelet. Una wavelet può essere descritta come un’onda circolare molto simile all’ondulazione che si otterrebbe facendo cadere un piccolo ciottolo in uno stagno. Queste wavelet si sovrappongono e interferiscono per formare fronti d’onda più complicati. Ad esempio, se lasciassi cadere un numero di ciottoli in linea retta, tutto in una volta allo stesso tempo, verrebbe creato un fronte d’onda dritto (nel piano della scienza). Il video qui sotto mostra come è possibile utilizzare questo metodo per capire come i fronti d’onda sono alterati da una fessura.
Diffrazione attraverso due fessure
Esperimento di Young
Finora abbiamo considerato solo il caso di una singola fessura o gap per il passaggio dell’onda. Cosa succede se ci sono due o più fessure? Finiremo con due o più onde di diffrazione, che potremmo aspettarci di interferire l’una con l’altra.
Di seguito è riportata una simulazione di diffrazione attraverso due fessure. L’esperimento prende il nome dal ragazzo che lo ha eseguito per primo-l’esperimento a doppia fessura di Young. Dai un’occhiata a cosa sta succedendo a destra delle fessure. C’è uno schema? Cosa crea questo? L’ampiezza è maggiore in alcuni punti rispetto ad altri?
A destra delle fessure, le onde interferiscono l’una con l’altra. In effetti, è possibile generare gli stessi modelli posizionando due fonti in cui si trovano le fessure. Il suono attraverso ogni fessura diffratta e si irradia piuttosto come due sorgenti puntiformi. Quindi i modelli che stai osservando sono molto simili a quelli per due sorgenti la cui radiazione d’onda interferisce insieme. Si potrebbe desiderare di avere un altro sguardo alle pagine sulle interferenze – tutte le formulazioni e concetti sono applicabili a esperimento doppia fenditura di Young. Questo video qui sotto dimostra bene questo usando le onde d’acqua su uno stagno.
Ripensaci – se abbiamo a che fare con l’interferenza di due fonti, ci saranno luoghi in cui le onde sono in fase e causano interferenze costruttive, e altri luoghi in cui le onde sono fuori fase e interferiscono distruttivamente. In un esempio audio, le due fessure potrebbero essere sostituite con due altoparlanti, e i massimi e minimi nella sovrapposizione delle onde corrisponderebbero quindi a posizioni di volume e tranquillità.
Sentivamo queste zone rumorose / tranquille una dopo l’altra mentre ci muovevamo in un arco davanti agli altoparlanti – si chiamano frange di Young. Se l’esperimento viene eseguito utilizzando onde luminose, si ottengono posizioni luminose per interferenze costruttive e posizioni scure per interferenze distruttive. Young ha usato questo esperimento per misurare la lunghezza d’onda della luce.
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