Diffraction · Difração
| English | Português |
|---|---|
| gap/ɡæp/ | espaço |
| diffraction/dɪˈfrækʃn/ | difração |
| obstacle/ˈɒbstəkl/ | obstáculo |
| wavelength/ˈweɪvleŋθ/ | comprimento de onda |
| ripple tank/ˈrɪpl tæŋk/ | tanque de ondas |
| single slit/ˈsɪŋɡl slɪt/ | fenda simples |
| diffraction grating/dɪˈfrækʃn ˈɡreɪtɪŋ/ | rede de difração |
Heard but not seen
- You can hear someone around a corner — but you can't see them.
- Both sound and light reach the gap 缝, yet only sound bends around it.
- The difference is diffraction 衍射.
Ouvidas mas não vistas
- Você pode ouvir alguém atrás de um canto — mas não pode ver ele.
- Tanto som quanto luz chegam à fenda 缝, porém apenas o som dobra ao redor dele.
- A diferença é difração 衍射.
What diffraction is
- Diffraction is the spreading of a wave as it passes through a gap or around the edge of an obstacle 障碍物.
- All waves do it — water, sound, light, microwaves. The speed, wavelength and frequency do not change; only the direction spreads.
O que é difração
- Difração é o espalhamento de uma onda ao passar por uma fenda ou ao redor da borda de um obstáculo 障碍物.
- Todas as ondas fazem isso — água, som, luz, micro-ondas. A velocidade, comprimento de onda e frequência não mudam; apenas a direção se espalha.
Waves adding and cancelling · Ondas somando e cancelando
Two overlapping waves add where they are in phase and cancel where out of phase — change the phase to see the result. This is what makes diffraction patterns. · Duas ondas sobrepostas somam onde estão em fase e cancelam onde estão fora de fase — mude a fase para ver o resultado. Isso é o que cria padrões de difração.
Diffraction is the ____ of a wave as it passes through a gap. · Difração é a ____ de uma onda ao passar por uma abertura.
Diffraction is the spreading (bending) of a wave at a gap or obstacle. · Difração é a dispersão (curvatura) de uma onda em uma abertura ou obstáculo.
All waves can diffract. · Todas as ondas podem sofrer difração.
Yes — water, sound, light and microwaves all spread at a gap or edge. · Sim — água, som, luz e micro-ondas se espalham em aberturas ou bordas.
Diffraction is the ____ of a wave as it passes through a gap or around an obstacle. · Difração é a ____ de uma onda ao passar por uma abertura ou contornar um obstáculo.
Spreading, not bending: refraction bends a wave at a boundary, and the two words are marked differently. · Espalhamento, não curvatura: refração curva uma onda em uma fronteira, e as duas palavras são avaliadas separadamente.
How much it spreads
- Gap much wider than $\lambda$ → the wave passes nearly straight through.
- Gap about the size of $\lambda$ → it fans out strongly.
Diffraction in a ripple tank 水波槽 — a wide gap (a) spreads the waves little, a narrow gap (b) much more
Quanto ela se espalha
- Fenda muito mais larga que $\lambda$ → a onda passa quase reta.
- Fenda do tamanho de $\lambda$ → ela se expande fortemente.
Difração em tanque de ondulações 水波槽 — uma fenda larga (a) espalha pouco as ondas, uma fenda estreita (b) muito mais
A wave spreads out the most when the gap is: · Uma onda se espalha mais quando a abertura é:
When the gap ≈ the wavelength, the wave fans out strongly; a much wider gap lets it pass nearly straight. · Quando a abertura ≈ o comprimento de onda, a onda se expande fortemente; uma abertura muito mais larga permite que ela passe quase reta.
Making the gap narrower makes the waves spread out ____. · Tornar a abertura mais estreita faz as ondas se espalharem ____.
A narrower gap (closer to one wavelength) gives stronger diffraction. · Uma abertura mais estreita (mais próxima de um comprimento de onda) produz difração mais forte.
Match each gap to how much the wave spreads out beyond it. · Combine cada abertura com o quanto a onda se espalha além dela.
Diffraction is greatest when the gap and the wavelength are about the same size, and fades as the gap gets much larger than the wavelength. · A difração é máxima quando a fenda e o comprimento de onda têm aproximadamente o mesmo tamanho, e diminui à medida que a fenda se torna muito maior que o comprimento de onda.
When does a wave diffract most through a gap? Select all · todos that apply. · Quando uma onda difrata mais através de uma fenda? Selecione todos os que se aplicam.
This is why you hear round a doorway but cannot see round it: sound's wavelength is about a metre, light's is under a micrometre. · É por isso que você ouve ao redor de uma porta, mas não pode ver: o comprimento de onda do som é de cerca de um metro, enquanto o da luz é inferior a um micrômetro.
Why you hear but don't see
- Speech has $\lambda \approx 1\ \text{m}$ — close to a doorway's width, so it spreads round the corner.
- Light has $\lambda \approx 500\ \text{nm}$ — far smaller than the gap, so it barely spreads.
Por que ouvimos mas não vemos
- A fala tem $\lambda \approx 1\ \text{m}$ — próximo à largura de uma porta, então se espalha ao redor do canto.
- A luz tem $\lambda \approx 500\ \text{nm}$ — muito menor que a fenda, então mal se espalha.
You can hear but not see around a corner because sound has a much larger wavelength than light. · Você pode ouvir, mas não ver, ao redor de um canto porque o som tem um comprimento de onda muito maior que o da luz.
Sound's wavelength (~1 m) is near the gap size, so it diffracts; light's (~500 nm) is far smaller, so it barely does. · O comprimento de onda do som (~1 m) está próximo do tamanho da fenda, então difrata; o da luz (~500 nm) é muito menor, portanto mal difrata.
What diffracted light looks like
- Laser light through a single slit 单缝 gives a wide, bright central band with fainter bands either side.
- Through a diffraction grating 衍射光栅 (many slits) the light concentrates into sharp, narrow lines at definite angles: a tall central maximum, then symmetrical peaks at $\pm\theta_1$, $\pm\theta_2$ that get weaker further out.
- The angles obey $d\sin\theta = n\lambda$ — the next lesson but one uses it in full.
Como parece a luz difratada
- Luz laser através de uma fenda única 单缝 dá uma faixa central larga e brilhante com faixas mais fracas dos lados.
- Através de uma rede de difração 衍射光栅 (muitas fendas) a luz se concentra em linhas finas e nítidas em ângulos definidos: um máximo central alto, depois picos simétricos em $\pm\theta_1$, $\pm\theta_2$ que diminuem de intensidade para longe.
- Os ângulos seguem $d\sin\theta = n\lambda$ — a próxima aula usa isso plenamente.
A grating has 500 lines per mm. What is the slit spacing d, in units of 1e-6 m? · Uma rede tem 500 linhas por mm. Qual é o espaçamento entre as fendas d, em unidades de 1e-6 m?
d = 1e-3/500 = 2.0e-6 m. Putting the lines per millimetre straight into d sin(theta) = n lambda is the standard error; you must invert it first. · d = 1e-3/500 = 2.0e-6 m. Inserir as linhas por milímetro diretamente em d sin(theta) = n lambda é um erro padrão; você deve inverter primeiro.
Worked example: where the bright lines fall
Laser light of wavelength $600\ \text{nm}$ falls normally on a grating whose lines are $5.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$ apart. Find the angle of the second-order line and describe the intensity graph from $-15^\circ$ to $+15^\circ$. A polarising filter is then placed in the beam.
- Second order: $\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 600 \times 10^{-9}}{5.0 \times 10^{-6}} = 0.24$, so $\theta = 14^\circ$.
- First order: $\sin\theta = 0.12$, so $\theta = 6.9^\circ$.
- Graph: a tall narrow spike at $0^\circ$, smaller spikes at $\pm 6.9^\circ$, smaller again at $\pm 14^\circ$, and almost nothing in between.
- With the polarising filter: every spike is half as tall (unpolarised light through one filter), but the angles are unchanged — the filter does not alter the wavelength.
Exemplo resolvido: onde caem as linhas brilhantes
Luz laser de comprimento de onda $600\ \text{nm}$ incide normalmente em uma rede cujas linhas estão $5.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$ de distância. Encontre o ângulo da linha de segunda ordem e descreva o gráfico de intensidade de $-15^\circ$ a $+15^\circ$. Um filtro polarizador é então colocado no feixe.
- Segunda ordem: $\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 600 \times 10^{-9}}{5.0 \times 10^{-6}} = 0.24$, logo $\theta = 14^\circ$.
- Primeira ordem: $\sin\theta = 0.12$, logo $\theta = 6.9^\circ$.
- Gráfico: um pico alto e fino em $0^\circ$, picos menores em $\pm 6.9^\circ$, ainda menores em $\pm 14^\circ$, e quase nada entre eles.
- Com o filtro polarizador: cada pico fica metade mais baixo (luz não polarizada através de um filtro), mas os ângulos permanecem os mesmos — o filtro não altera o comprimento de onda.
Light of wavelength $500\ \text{nm}$ falls normally on a grating with lines $4.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$ apart. At what angle, in degrees, is the second-order maximum? · Luz de comprimento de onda $500\ \text{nm}$ incide perpendicularmente sobre uma rede com fendas separadas por $4.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$. Em que ângulo, em graus, está o máximo de segunda ordem?
$\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 500 \times 10^{-9}}{4.0 \times 10^{-6}} = 0.25$, so $\theta = 14.5^\circ$. · $\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 500 \times 10^{-9}}{4.0 \times 10^{-6}} = 0.25$, logo $\theta = 14.5^\circ$.
Diffraction is not refraction and not reflection: the wave keeps the same speed, wavelength and frequency, and only its direction spreads. More spreading does not mean more energy — the same energy is shared over a wider region, so the wave beyond a narrow gap is weaker in any one direction.
Difração não é refração nem reflexão: a onda mantém a mesma velocidade, comprimento de onda e frequência, e apenas sua direção se espalha. Mais espalhamento não significa mais energia — a mesma energia é compartilhada sobre uma região mais ampla, então a onda além de uma fenda estreita é mais fraca em qualquer direção específica.
A water wave passes through a narrow gap and spreads out. Which quantities stay the same? Select all that apply. · Uma onda na água passa por uma fenda estreita e se espalha. Quais grandezas permanecem as mesmas? Selecione todos os que se aplicam.
Diffraction only changes the direction the energy travels in. Speed, wavelength and frequency are set by the medium and the source and do not change at a gap. · A difração muda apenas a direção em que a energia viaja. Velocidade, comprimento de onda e frequência são definidos pelo meio e pela fonte e não mudam em uma fenda.
Seeing it in the lab
- Ripple tank: plane waves hit a barrier with a gap; narrow the gap (or lengthen $\lambda$ by slowing the paddle) and the curved wavefronts spread more.
- Laser and single slit: a pattern of bands on a distant screen; a narrower slit gives a wider central band.
- Laser and grating: a row of sharp dots; a finer grating (more lines per mm) pushes the dots further apart.
Vendo isso no laboratório
- Tanque de ondulações: ondas planas atingem uma barreira com uma fenda; estreite a fenda (ou aumente $\lambda$ reduzindo a velocidade do paddle) e as frentes de onda curvas se espalham mais.
- Laser e fenda única: um padrão de faixas em uma tela distante; uma fenda mais estreita produz uma faixa central mais larga.
- Laser e rede: uma fileira de pontos nítidos; uma rede mais fina (mais linhas por mm) afasta os pontos uns dos outros.
You've got it
- diffraction = a wave spreading through a gap or around an obstacle (all waves do it; speed, $\lambda$ and $f$ unchanged)
- most spreading when the gap is about one wavelength 波长 wide
- sound diffracts round corners (big $\lambda$); light hardly does (tiny $\lambda$), so it needs a slit or a grating to show it
- a grating gives sharp maxima at $d\sin\theta = n\lambda$; a polarising filter halves them without moving them
Entendeu?
- difração = uma onda se espalhando através de uma fenda ou ao redor de um obstáculo (todas as ondas fazem isso; velocidade, $\lambda$ e $f$ inalteradas)
- maior espalhamento quando a fenda tem cerca de um comprimento de onda 波长 de largura
- som difrata ao redor de cantos (grande $\lambda$); luz dificilmente faz isso (tiny $\lambda$), então precisa de uma fenda ou uma rede para demonstrá-la
- uma rede dá máximos nítidos em $d\sin\theta = n\lambda$; um filtro polarizador os reduz pela metade sem movê-los