O que é mais indicado para obter o espectro da luz branca: um prisma ou uma rede de difração? Por quê?
Passo 1
O enunciado pergunta qual elemento óptico – um prisma ou uma rede de difração – é mais indicado para separar a luz branca em seu espectro. O conteúdo envolve dispersão de luz por refração (no caso do prisma) e por difração/interferência (no caso da rede), e vamos comparar eficiência e resolução espectral de cada um.
Passo 2
Um prisma separa as cores porque o índice de refração do material varia com o comprimento de onda (fenômeno de dispersão material). Quanto mais curto o comprimento de onda, maior o desvio angular. Porém essa dispersão é não-linear: nos vermelhos o desvio muda pouco com a cor, e nos azuis varia mais. Além disso, o prisma sofre perdas de intensidade por reflexão interna e absorção, e sua resolução espectral é limitada pelo ângulo de abertura e pelo material.
Passo 3
Uma rede de difração consiste em muitas fendas ou sulcos igualmente espaçados que produzem interferência construtiva para cada comprimento de onda em ângulos bem definidos, segundo a equação
onde
é o passo da rede,
a ordem difratada e
o comprimento de onda.
Passo 4
Da equação da rede vemos que o desvio angular
varia de modo quase linear com
, garantindo dispersão uniforme para todas as cores. A resolução espectral de uma rede cresce com o número de sulcos iluminados, o que normalmente supera de longe a resolução obtida com prismas. Além disso, há menor absorção e reflexões adicionais.
Resposta
Rede de difração, pois ela fornece dispersão mais linear, maior resolução espectral e menor perda de intensidade do que um prisma.