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16.1 Fenomeni di diffrazione di Fraunhofer e di Fresnel
La
diffrazione
è un particolare fenomeno di interferenza che si verifica quando
un’onda incontra nel suo percorso un ostacolo o un’apertura. Ad esempio l’apertu-
ra può essere costituita da un foro circolare o rettangolare, praticato in uno schermo
assorbente per le onde in esame, un ostacolo da un filo, un disco assorbente o più in
generale da un qualsiasi oggetto. Qualitativamente, nello spazio oltre l’ostacolo o
l’apertura le onde si propagano anche lungo direzioni
diverse
da quella di inciden-
za e hanno origine differenze di cammino tra onde che si sovrappongono in un dato
punto; possono quindi avvenire fenomeni di interferenza con conseguente ridistri-
buzione dell’energia nei punti dello spazio, da cui risultano le caratteristiche
figure
di diffrazione
. Gli effetti della diffrazione sono di norma tanto più vistosi quanto più
le dimensioni dell’apertura o dell’ostacolo sono vicine al valore della lunghezza
d’onda delle onde incidenti.
I fenomeni di diffrazione si verificano con tutti i tipi di onde; essi si osservano
facilmente nel caso delle onde sulla superficie di un liquido e delle onde sonore,
aventi lunghezze d’onda prossime alle dimensioni di molti oggetti comuni. Più dif-
ficile è l’osservazione nel caso delle onde luminose, proprio a causa della piccola
lunghezza d’onda (
l
= 0.4 ÷ 0.7
m
m); però la fenomenologia e le applicazioni sono
molto interessanti e per questa ragione ci occuperemo soprattutto della diffrazione
della luce. Le argomentazioni generali tuttavia restano valide per qualsiasi tipo di
onda.
Storicamente la diffrazione venne osservata per la prima volta da Grimaldi nella
seconda metà del diciassettesimo secolo, in un’epoca che sarebbe stata dominata
dalla teoria di Newton, la quale attribuiva alla luce una natura corpuscolare, in con-
trasto con la teoria ondulatoria di Huygens. L’ipotesi ondulatoria si affermò sola-
mente dopo oltre cent’anni, a seguito degli esperimenti di Young e Fresnel.
Nella figura 16.1 è illustrato un caso comune in cui si osserva diffrazione:
un’onda arriva su uno schermo opaco nel quale è praticato un foro di dimensioni
confrontabili con la lunghezza d’onda della luce incidente; uno schermo
C
, o una
pellicola fotografica, riceve la luce che ha attraversato il foro.
Per il calcolo dell’ampiezza luminosa in un punto
P
dello schermo si ricorre al
principio di Huygens-Fresnel-Kirchhoff
, enunciato nel paragrafo 14.2. La superfi-
cie dell’apertura viene suddivisa in infiniti elementi di area
d
S
, ciascuno dei quali
rappresenta una sorgente elementare di onde, avente l’ampiezza di campo elettrico
Af
(
q
)
d
S
1 + cos
q
dE
= –––––––– ,
f
(
q
) = ––––––––
.
(16.1)
s
2
16
Diffrazione
s
P
C
d
S
q
Figura 16.1