Gerador de Interferência e difração de ondas
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Rótulos incluídos neste diagrama
- fonte coerente S1
- fonte coerente S2
- crista (linha contínua)
- vale (linha tracejada)
- ponto de interferência construtiva
- ponto de interferência destrutiva
- franjas de interferência
- onda incidente
- fenda única
- frente de onda difratada
- barreira
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OUTPUT · 16:9 · PNGO que este diagrama mostra
A figura representa dois fenômenos ondulatórios: a interferência de ondas circulares na água e a difração por uma fenda única. Na parte da interferência, as fontes coerentes S1 e S2 emitem ondas de mesma frequência e com diferença de fase constante. As cristas são desenhadas por linhas contínuas, enquanto os vales aparecem em linhas tracejadas. Nos cruzamentos entre crista e crista ou entre vale e vale ocorre interferência construtiva, formando pontos de reforço. Nos encontros entre crista e vale ocorre interferência destrutiva, produzindo pontos de enfraquecimento.
Os pontos de reforço e enfraquecimento organizam-se em faixas alternadas, chamadas franjas de interferência. A mediatriz de S1S2 é uma linha de máximo quando as fontes estão em fase, pois nela a diferença de percurso é nula. Nas demais linhas de máximo, a diferença de percurso é um múltiplo inteiro do comprimento de onda; nas linhas de mínimo, corresponde a um múltiplo semi-inteiro. À direita, a fenda única transforma frentes de onda aproximadamente planas em frentes curvas. A difração torna-se mais acentuada quando a largura da fenda é comparável ou menor que o comprimento de onda.
O que um diagrama correto deve incluir
- Duas fontes coerentes S1 e S2: devem emitir ondas de mesma frequência e manter uma diferença de fase constante, condição necessária para um padrão de interferência estável.
- Frentes de onda circulares concêntricas: desenhe círculos igualmente espaçados em torno de cada fonte, pois a distância entre duas cristas consecutivas representa um comprimento de onda.
- Cristas em linhas contínuas e vales em linhas tracejadas: mantenha a convenção uniforme para permitir a identificação correta das superposições.
- Pontos de reforço: marque os encontros crista-crista e vale-vale, nos quais as amplitudes se somam e a interferência é construtiva.
- Pontos de enfraquecimento: marque os encontros crista-vale, nos quais as perturbações têm sentidos opostos e ocorre interferência destrutiva.
- Franjas de interferência: una pontos de mesmo tipo em linhas de máximo e de mínimo, geralmente curvas e simétricas em relação à mediatriz de S1S2.
- Fenda única com largura indicada: desenhe a abertura como obstáculo à passagem da onda e relacione sua largura com o comprimento de onda.
- Frentes difratadas após a fenda: represente o espalhamento por arcos, mostrando que a curvatura aumenta quando a abertura se aproxima do tamanho do comprimento de onda.
Erros comuns
- Desenhar cristas e vales com espaçamentos diferentes, embora ambos devam alternar-se regularmente e corresponder à mesma onda periódica.
- Classificar um encontro crista-vale como reforço; essa superposição produz enfraquecimento quando as amplitudes são iguais ou semelhantes.
- Representar as franjas como novas ondas emitidas pelas fontes; elas são lugares geométricos de interferência construtiva ou destrutiva.
- Afirmar que a interferência destrutiva elimina a energia da onda; a energia é redistribuída espacialmente entre regiões de máximos e mínimos.
- Desenhar a difração sempre igual, sem considerar a razão entre a largura da fenda e o comprimento de onda.
Dicas de ensino
A figura pode ser usada após o estudo do princípio da superposição. O professor pode pedir aos alunos que identifiquem cristas, vales, máximos e mínimos antes de apresentar as condições Δr = mλ e Δr = (m + 1/2)λ. Em seguida, pode questionar por que a mediatriz é uma linha de máximo para fontes em fase e como o padrão mudaria com fontes em oposição de fase. Na parte da difração, convém comparar diferentes larguras de fenda e relacionar o espalhamento ao comprimento de onda, ponto frequente em questões conceituais e gráficas.
Perguntas sobre este diagrama
Qual é a condição para ocorrer interferência construtiva ou destrutiva?
Para fontes em fase, a interferência construtiva ocorre quando a diferença de percurso é Δr = mλ. A destrutiva ocorre quando Δr = (m + 1/2)λ, com m inteiro.
Um ponto de interferência destrutiva fica permanentemente sem água em movimento?
Não. Nesse ponto, as perturbações das duas ondas se cancelam total ou parcialmente em cada instante, reduzindo a amplitude resultante. Se as amplitudes forem diferentes, o cancelamento não será completo.
Quando a difração por uma fenda é mais evidente?
Ela é mais evidente quando a largura da fenda é da mesma ordem de grandeza ou menor que o comprimento de onda. Se a fenda for muito mais larga que λ, as frentes de onda sofrem pouca curvatura, exceto próximo às bordas.
