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La interferencia y la difracción son fenómenos característicos de todas las ondas, desde las ondas de agua hasta las ondas electromagnéticas como la luz.
La interferencia se refiere al fenómeno en el que dos ondas del mismo tipo se superponen para producir una onda resultante de mayor, menor o de la misma amplitud.
La difracción se define como la flexión de una onda alrededor de las esquinas de un obstáculo o abertura. En este caso, las partes diferenciales de la onda pueden interferir y dar lugar a una alternancia espacial de gran y pequeña amplitud.
Este video demostrará la naturaleza ondulatoria de la luz mediante la observación de los patrones de difracción e interferencia.
Una onda es una oscilación en la amplitud de alguna cantidad física en el espacio y/o en el tiempo. La interferencia es uno de los fenómenos más característicos asociados a las ondas.
Diferentes partes de las ondas pueden superponerse e "interferir" para producir una alternancia espacial de amplitudes de onda fuertes y débiles, llamada patrón de interferencia. Cuando las amplitudes de las ondas interferentes se suman, se denomina interferencia constructiva; mientras que, cuando sus amplitudes se restan entre sí, se llama interferencia destructiva.
Ahora, si la luz de longitud de onda lamda, brilla en una sola rendija estrecha, la intensidad lejos de la rendija alterna entre valores grandes y pequeños o casi cero, correspondientes a regiones "brillantes" y "oscuras", también conocidas como "franjas". El centro de este patrón siempre es brillante, a lo largo del eje y de la hendidura.
Esta alternancia se conoce como el "patrón de difracción" de la luz a través de una pequeña apertura. Es un fenómeno característico de las olas. Específicamente, ¿puntos entre los dos bordes de la abertura? reemitir", o en otras palabras, "difractar" la onda de luz hacia diferentes direcciones.
La interferencia entre diferentes partes de las ondas de luz difractadas da como resultado la formación del patrón de difracción.
En el caso de dos rendijas muy espaciadas, el patrón formado, conocido como el "patrón de interferencia de doble rendija de Young", se debe a la interferencia de la luz difractada de ambas rendijas. En el siguiente protocolo se muestra cómo configurar los experimentos de una y dos rendijas e interpretar sus resultados.
Reúna los materiales e instrumentos necesarios para el experimento, incluido un puntero láser de helio-neón con una longitud de onda de ~ 633 nm, algunas hojas de afeitar delgadas, papel de aluminio, cartón, una regla, un par de tijeras, un bloque de madera y gafas de seguridad láser.
Con un par de tijeras, corte el papel de aluminio en dos piezas cuadradas de aproximadamente 2 pulgadas por 2 pulgadas. Además, corte el cartón en dos piezas cuadradas de aproximadamente 3 pulgadas por 3 pulgadas con un agujero de aproximadamente 1 pulgada de diámetro en el centro.
A continuación, tome un trozo de papel de aluminio y, con una cuchilla de afeitar, corte una hendidura recta de aproximadamente 1 centímetro de largo en el medio del papel de aluminio. Pega el papel de aluminio en un cartón con la ranura colocada dentro del agujero.
Ahora, pega un borde del cartón al bloque de madera y desliza la pared blanca a unos 30 centímetros de la ranura. Asegúrese de que el cartón esté perpendicular a la superficie de la mesa, y que el orificio y la ranura vertical estén expuestos y orientados hacia la pared.
Coloque el puntero láser en el otro lado del cartón montado, asegurándose de que el rayo láser esté paralelo a la mesa. Ahora use las gafas de seguridad láser, encienda el puntero láser y haga brillar el rayo láser sobre la rendija.
Apague la luz de la habitación y observe el patrón de luz en la pared al otro lado del papel de aluminio. Apague el puntero láser y quítese las gafas de seguridad láser.
A continuación, apila tres hojas de afeitar de modo que la hoja del medio quede empotrada. Tome el otro papel de aluminio y, con la pila de hojas de afeitar y una regla, corte dos ranuras rectas paralelas muy espaciadas, de aproximadamente 1 centímetro de largo en el medio del papel de aluminio. Ahora pega el papel de aluminio en el otro cartón y luego pégalo en el bloque de madera como antes.
Use las gafas de seguridad láser, encienda el puntero láser y haga brillar el rayo láser en la doble rendija. Apague la luz de la habitación y observe el patrón de luz en la pared al otro lado del papel de aluminio. Finalmente, apague el puntero láser.
Una vez completado el protocolo, repasemos ahora los resultados de los experimentos de una sola rendija y de doble rendija. En el experimento de una sola rendija, el patrón de luz observado en la pared exhibe las franjas de difracción características. La franja brillante central es aproximadamente dos veces más ancha, en la dirección Y, que las otras franjas brillantes que tienen todas aproximadamente la misma anchura.
Además, la intensidad de las franjas brillantes decae desde el centro hacia las franjas periféricas a lo largo del eje y. Esto se espera para el patrón de difracción de una sola rendija, ya que los rayos de luz paralelos del láser se doblan en la rendija y se superponen constructivamente, formando las franjas brillantes y formando destructivamente las bandas oscuras intermedias.
En el experimento de la doble rendija, el patrón de luz observado en la pared exhibe las franjas de interferencia características.
Estas franjas de interferencia son mucho más estrechas que las regiones brillantes del diagrama de difracción. Esto se debe a que la separación entre rendijas 'd' es mucho mayor que el ancho de la rendija 'a', y es el recíproco de la separación entre rendijas lo que controla el ancho de las franjas de interferencia. Sin embargo, es el recíproco de la anchura de la hendidura 'a' el que controla la anchura de las franjas de difracción.
La difracción y la interferencia de la luz han desempeñado un papel esencial en el establecimiento de que la luz es una onda electromagnética. Por lo tanto, estos efectos son importantes en muchas tecnologías basadas en óptica y fotónica.
La espectroscopia de difracción láser es una tecnología que utiliza patrones de difracción de un rayo láser que pasa a través de cualquier objeto, que van desde nanómetros hasta milímetros de tamaño, para medir rápidamente las dimensiones geométricas de una partícula.
Se utiliza un sensor para detectar la inclinación de la luz láser y luego se usa una computadora para detectar los tamaños de partícula del objeto a partir de la energía luminosa producida y su disposición.
La interferometría es una técnica que utiliza la superposición y la interferencia de ondas para la medición precisa de distancias, pequeños desplazamientos, cambios en el índice de refracción e irregularidades de la superficie.
Aquí interfieren dos ondas de la misma frecuencia, pero de diferente longitud de trayecto, lo que da lugar a un patrón de interferencia. Este patrón se puede utilizar para realizar una medición precisa del parámetro desconocido. Esta misma técnica de interferometría se utiliza en el LIGO o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, que son enormes detectores construidos para detectar ondas gravitacionales.
Acabas de ver la introducción de JoVE a la difracción y la interferencia de la luz. Ahora debería ser capaz de entender la teoría detrás de la formación de patrones de luz de difracción e interferencia, que se demostró utilizando los experimentos de rendija simple y doble. ¡Gracias por mirar!
