E-school  di  Arrigo Amadori

Tutorial di fisica

La diffrazione

Quando delle onde di qualsiasi tipo (onde d'acqua, onde elettromagnetiche ecc.) attraversano un foro o una fenditura praticati su un mezzo opaco (a quelle onde), esse si propagano (oltre il foro o la fenditura) non più in linea retta. Su uno schermo colpito da tali onde onde si possono anche osservare figure di diffrazione costituite da sequenze di chiari e scuri (massimi o minimi di intensità dell'onda) che assumono particolari caratteristiche.

Questo è ciò che si intende per diffrazione.

In questa pagina diamo solo una generica e qualitativa presentazione del fenomeno la cui descrizione quantitativa è alquanto complessa e perciò esula dagli scopi di questo corso.

Consideriamo delle onde d'acqua che colpiscono una barriera in cui è praticata un'apertura di larghezza  . La lunghezza d'onda del delle onde sia  .

Si hanno i seguenti casi.

        - 1 -    la larghezza dell'apertura è "poco" maggiore o uguale alla lunghezza d'onda   :

                           

                   in questo caso l'onda procede oltre l'apertura in tutte le direzioni formando onde sferiche.

        - 2 -    la larghezza dell'apertura è "molto" maggiore alla lunghezza d'onda  :

                           

                    qui l'onda procede praticamente in linea retta a parte in corrispondenza dei bordi dell'apertura in cui si hanno onde sferiche.

        - 3 -     la larghezza dell'apertura è minore o uguale alla lunghezza d'onda  :

                    questo caso è analogo al precedente punto - 1 - e si differenzia da esso perché qui non si formano figure di diffrazione (simili alle figure di interferenza studiate in precedenza) su uno schermo. Questa distinzione non è valutabile con onde di acqua mentre lo è molto più facilmente con le onde elettromagnetiche (in particolare la luce).

Per le onde elettromagnetiche (in particolare la luce) è interessante il caso - 1 - (con  ) perché si formano figure di diffrazione simuli a quelle che si generano nei fenomeni di interferenza.

Consideriamo quindi un piccolo foro praticato su uno scherno opaco e raccogliamo su uno schermo la luce che da essa passa. Otteniamo la seguente figura di diffrazione :

       

Naturalmente il massimo di luminosità si ha in corrispondenza del foro. Si tenga anche presente che, essendo la lunghezza d'onda della luce molto piccola (dell'ordine del miliardesimo di metro), il foro da praticare sullo schermo opaco deve essere di conseguenza anch'esso molto piccolo !!

Il fenomeno della diffrazione, pur essendo così "suggestivo", è sempre di disturbo nelle osservazioni ottiche, per esempio per quanto riguarda le osservazioni astronomiche con i telescopi

I dispositivi ottici (lenti o specchi) introducono una diffrazione ineliminabile per cui due sorgenti luminose, per esempio due stelle, se vicine (in prospettiva) possono confondersi ed essere viste come una sola stella. In questo caso si dice che le due stelle non sono otticamente separabili (o risolubili). Ogni strumento ottico possiede quindi un proprio potere di risoluzione.

Il fenomeno è analogo alla diffrazione attraverso un foro :

       

In questo caso le due stelle    formano due figure di diffrazione che si "fondono" in un'unica figura, per cui esse non sono separate ed appaiono come un'unica immagine.

Aumentando il diametro del foro :

       

si ha un maggiore potere risolutore e le due stelle appaiono separate.

Dato un certo potere di risoluzione, non serve quindi aumentare l'ingrandimento se due stelle non sono separate !!! Ingrandendo, otterremmo solo un'immagine ingrandita di una sola stella invece di due ... immagine del tutto simile (un senso geometrico) alla precedente.

Per questi motivi, le caratteristiche veramente importanti di un telescopio sono la luminosità ed il potere di risoluzione. L'ingrandimento è una caratteristica quindi secondaria. Maggiore luminosità significa più luce che entra dell'obiettivo e quindi maggiore possibilità di ingrandimento (se un'immagine è scura, ingrandendola la si ottiene ancora più scura !!). Maggiore potere di risoluzione significa la possibilità di avere meno fenomeni di diffrazione e quindi riuscire a distinguere le immagini di più oggetti luminosi (in prospettiva) vicini.

Esiste una relazione empirica ottimale fra diametro della lente (o specchio) di un telescopio ed ingrandimento utile, cioè l'ingrandimento oltre il quale non si acquista maggiore "informazione" dall'immagine. Tale relazione è :

        ingrandimento utile = diametro lente (o specchio) in millimetri x 2 .

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