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La difracción es la cualidad del movimiento de las ondas que les permite, aun cuando se propagan en línea recta, sortear obstáculos, doblar esquinas o difundirse a través de una rendija.

El principio de Huygens predice que cuando una onda plana choca contra un obstáculo con una abertura y los frentes de onda se irrumpen parcialmente, éstos se “doblan hacia atrás”. En consecuencia, los frentes de onda se vuelven curvados o semicirculares. Es la difracción. Hay que tener en cuenta que es preciso que el tamaño de la abertura sea comparable al de la longitud de onda. En la siguiente imagen se muestra un dibujo que representa el fenómeno de la difracción:

difraccion_k

El matemático, físico y sacerdote jesuita Francesco Grimaldi (1618-1663) observó, a mediados del siglo XVII, que la luz presenta difracción. Se dio cuenta de que cuando la luz del Sol entraba en un cuarto oscuro a través de un pequeño orificio, la parte iluminada en la pared opuesta era más grande de lo que se podría esperar si la luz estuviera compuesta por rayos de partículas. Además, también se percató de que el borde no era nítido, sino que estaba rodeado por franjas de colores. Grimaldi atribuyó esta observación a la difracción de la luz. Este fue un importante descubrimiento, y sus resultados se utilizaron para sustentar la teoría ondulatoria de la luz.

El caso más sencillo de difracción es la llamada difracción de Fraunhofer. En este caso, el obstáculo es una rendija estrecha y larga. El principio de Huygens indica que cuando una onda plana ilumina una rendija, la onda resultante que pasará través de ella puede construirse considerando que el frente de onda en la rendija está formado por múltiples fuentes puntuales que emiten ondas en fase. La intensidad de la luz difractada dependerá del tamaño de la rendija, de la longitud de onda de la luz y de la distancia del punto de observación a la rendija.

Si el plano de observación o pantalla se encuentra cerca de la rendija, se observará en la pantalla una imagen de la rendija fácilmente reconocible, aunque presentará unas franjas alrededor. A medida que se aleja la pantalla de la rendija, la imagen de la misma se distorsionará cada vez más, aunque seguirá siendo reconocible, y las franjas a su alrededor se realzarán. A este fenómeno se le llama difracción de Fresnel. Si alejamos la pantalla todavía más, llegando a una distancia considerable, la imagen proyectada de la rendija se habrá esparcido en gran medida, y ya poco se parecerá a la imagen real. La luz que atraviesa la rendija está fuertemente difractada. Este fenómeno es la difracción de Fraunhofer.

difraccion_fraunhofer

Se puede medir la intensidad de la difracción teniendo en cuenta la distancia entre el máximo central y la primera franja oscura en el patrón de difracción. A grandes distancias de la rendija, la forma del patrón de difracción de Fraunhofer permanece constante y varía únicamente de tamaño según la distancia a la rendija. La separación entre franjas se expresa en términos del seno del ángulo formado por el máximo central y el centro de la primera franja, que llamaremos θ.

De esta forma se puede calcular que sin θ = l/w , donde w es la anchura de la rendija y l es la longitud de onda de la luz que la atraviesa. Esta ecuación indica que a medida que la anchura de la rendija disminuye, el ángulo de refracción aumenta.