difracción e interferencia de la luz

La reproducción de una onda junto a los bordes de un obstáculo o abertura se llama difracción. Esta es una característica fundamental de las ondas, la magnitud de la difraccion depende de la longitud de onda y del tamaño del orificio o del obstáculo siendo mayor para longitudes de onda más grandes y obstáculos y aberturas mas pequeñas. Si la longitud de onda es mas corta comparada con las dimensiones del obstáculo o del orificio puede ser difícil descubrir la difraccion. Por esta razón rara vez se aprecian los efectos de la difracción de la luz cuya longitud de onda es extremadamente reducida a través de agujeros incluso tan pequeños como los perforados con un alfiler. Para que halla difraccion del movimiento ondulatorio debe encontrara obstáculos cuyas dimensiones son del mismo orden de su longitud de onda.

Interferencia de la luz.

Cuando dos fuentes crean simultáneamente ondas en un medio estas se superponen.

La superposición de dos ondas o más dan como resultado una nueva onda, que en general, tiene características distintas a las de las ondas que la componen. La interferencia es el fenómeno que resulta de superponer dos o más ondas en un medio.

 la luz

Se llama luz a la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota la radiación en el espectro visible.

El estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar con la materia, que nos permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza.

Por medio de la luz el hombre visualiza de una forma mejor y correcta algunas cosas que sin iluminación o luz no podríamos ver.

La difracción puede ser entendida a nivel fenomenológico usando el principio de Huygens, según el cual un frente de onda se puede visualizar como una sucesión de emisores puntuales, que reemiten la onda al oscilar en respuesta a ella y contribuyen así a su propagación. Aunque cada oscilador individual genera una onda esférica, la interferencia de todas ellas da lugar a una onda plana que viaja en la misma dirección que la onda inicial. Cuando el frente de onda encuentra un obstáculo los emisores correspondientes al extremo del frente de onda obstruido no tienen otros emisores que interfieran con las ondas que ellos generan, y estas se aproximan a ondas esféricas o cilíndricas. Como consecuencia, al adoptar el frente de onda una forma redondeada en donde fue recortado, la dirección de propagación de la onda cambia, girando hacia el obstáculo. Se suele decir que la onda "dobla" las esquinas.

Los efectos de la difracción pueden predecirse matemáticamente usando dos aproximaciones distintas. La difracción de Fraunhofer permite estimar el comportamiento del fenómeno producido por un obstáculo situado a una distancia lo suficientemente alejada de la zona de estudio. Es un método matemáticamente sencillo, pero limitado por dicha condición. Por otro lado, la aproximación conocida como difracción de Fresnel toma en cuenta el carácter vectorial de las elongaciones de las ondas, permitiendo realizar predicciones en las cercanías del obstáculo que produce la difracción. Es matemáticamente más complicada que el método de Fraunhofer, por lo que su aplicación se limita solo a las regiones donde la difracción de Fraunhofer no es aplicable.

Resulta interesante pensar a la difracción como una consecuencia de la ecuación de onda. Mientras que una onda plana infinita es solución de la ecuación de onda, una onda plana recortada no lo es. Para que la misma sea una solución de dicha ecuación debe introducirse la difracción. En el caso de un rayo láser que es una onda plana pero obstruida por las dimensiones finitas del dispositivo de generación. La consecuencia inmediata es que la ecuación de onda exige que dicha condición no persista y se introduce inmediatamente una componente de difracción. Por eso el haz diverge a medida que avanza, incrementándose su sección.

Difracción e interferencia.

La Difracción y la interferencia son fenómenos inseparables, al punto que no es siempre sencillo distinguirlos. Esto es debido a que la difracción es una forma particular de interferencia.

Como consecuencia, cuando en la física, se necesita estudiar formas de interferencia específicas, es necesario poder distinguir los efectos provenientes de las mismas a los efectos provenientes de la difracción.

La interferencia se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del objeto, por tanto, los efectos de la difracción disminuyen hasta hacerse indetectables a medida que el tamaño del objeto aumenta comparado con la longitud de onda.

En las telecomunicaciones y áreas afines, la interferencia es cualquier proceso que altera, modifica o destruye una señal durante su trayecto en el canal existente entre el emisor y el receptor.

La interferencia entre dos ondas (la luz es una onda electromagnética) tiene lugar cuando ambas coinciden

en una región del espacio al mismo tiempo. Cuando esto sucede se suman (principio de superposición)

produciendo una onda resultante (ver apuntes de ondas). El fenómeno de la interferencia es algo

característico del movimiento ondulatorio.

Si consideramos dos luces idénticas que interfieren se puede producir:

• Interferencia constructiva.

 Las amplitudes de ambas ondas se suman: AREAS = A+ A = 2A

Como la intensidad es proporcional al cuadrado de la amplitud, la intensidad de la luz resultante

(IRES) de la interferencia tendrá una intensidad cuádruple que las luces que interfieren. El

resultado de la interferencia constructiva es, por tanto, luz mucho más intensa.

• Interferencia destructiva.

Las amplitudes de ambas ondas se restan : AREAS = A- A = 0

El resultado de la interferencia destructiva es la extinción de la luz, observándose una zona

oscura.

Dos luces idénticas interferirán destructivamente si llegan a un punto con una "diferencia en

marcha" (diferencia en el espacio recorrido) igual a un número impar de semi longitudes de

onda.

De lo dicho anteriormente se deduce que la interferencia de dos luces idénticas (igual longitud de onda y amplitud) debería de producir zonas de elevada intensidad y zonas oscuras.

En 1801 Thomas Young (1773-1829) diseñó una experiencia mediante la cual se pudo comprobar el

desarrollo teórico expuesto. La experiencia, conocida con el nombre de experimento de la doble rendija, permitió obtener el patrón de interferencia de dos focos de luz idénticos. La luz, por tanto, se comportaba como una onda.

Óptica física.

la óptica:

Es la rama de la física que analiza las características y las propiedad.

La naturaleza de la luz

Hasta la época de Isaac Newton (1642-1727), la mayoría de científicos pensaban que la luz consistía en corrientes de partículas (llamadas corpúsculos) emitidas por las fuentes luminosas. Galileo y otros intentaron (sin éxito) medir la rapidez de la luz.

Alrededor de 1665, comenzaron a descubrirse evidencias de las propiedades ondulatorias de la luz. A principios del siglo XIX las evidencias de que la luz es una honda se volvieron convincentes.

Luego se describió la concepción ondulatoria de la luz que nos ofrece una visión naturaleza; varios efectos asociados con su emisión y absorción revelan un aspecto de particular, en el sentido en que la energía transportada por las ondas luminosas se en encuentran contenida en paquetes descritos llamados fotones o cuantos. Estas propiedades aparentemente contradictorias de onda y partícula se conciliaron a partir de 1030 con el desarrollo de la electrodinámica cuántica, una teoría integral que incluye tanto las propiedades ondulatorias como corpusculares. La propagación de la luz se describe mejor con el modelo ondulatorio, pero para comprender la emisión y la absorción se requiere un enfoque corpuscular


.óptica

la óptica es una de las ramas de la física que estudia el comportamiento de la luz sus característica y como se manifiesta, abarca muchos estudios. como: reflexión refracción interferencias difracción estudia la luz es decir cómo se comporta la luz ante la materia.

DISPERSIÓN.

Uno de los fenómenos de la luz natural es su descomposición en todos los colores del arco iris, desde el rojo hasta el violeta, cuando se refracta a través de algún material de vidrio, este fenómeno recibe el nombre de dispersión y es debido a que la velocidad de la luz en un medio cualquiera varía con la longitud de onda (el índice de refracción de un medio y por tanto la velocidad de la luz en el mismo depende de la longitud de onda. Cada color tiene una longitud de onda distinta). Así, para un mismo ángulo de incidencia, la luz se refracta con ángulos distintos para diferentes colores.

POLARIZACIÓN

El fenómeno de la polarización se observa en unos cristales determinados que individualmente son transparentes. Sin embargo, si se colocan dos en serie, paralelos entre sí y con uno girado un determinado ángulo con respecto al otro, la luz no puede atravesarlos. Si se va rotando uno de los cristales, la luz empieza a atravesarlos alcanzándose la máxima intensidad cuando se ha rotado el cristal 90° sexagesimales respecto al ángulo de total oscuridad.

También se puede obtener luz polarizada a través de la reflexión de la luz. La luz reflejada está parcial o totalmente polarizada dependiendo del ángulo de incidencia. El ángulo que provoca una polarización total se llama ángulo de Brewster.

Muchas gafas de sol y filtros para cámaras incluyen cristales polarizadores para eliminar reflejos molestos.

Experimento de la doble rendija de Young.

La luz llega a dos rendijas muy estrechas y próximas y cada rendija se convierte en un foco secundario de

ondas idénticas que interfieren formando un patrón de luz - oscuridad. Con puntos se señalan en el dibujo

las zonas en las que existe interferencia constructiva (luz intensa). Entre ellas se sitúan las zonas en las

que tiene lugar una interferencia destructiva (oscuridad). A la derecha se muestra una captura de pantalla

en la que se muestra la distribución de los máximos y mínimos de intensidad debidos a la interferencia. En

la parte inferior de esa figura se puede ver la distribución de zonas iluminadas (color gris) y oscuras (color negro) resultado de la interferencia de ambas ondas.

 

La interferencia se produce debido a la diferencia de distancias recorridas por las ondas procedentes de ambas rendijas. se obtendrá intereferencia constructiva (luz intensa) si la diferencia de caminos de la luz procedente de ambas rendijas es igual aun numero entero de longitudes de ondas.

 

si suponemos que el angulo es pequeño (pantalla alejada de las rendijas) se puede considerar que el seño y la tangente son iguales, entonces:

 

REFRACCIÓN DE LA LUZ Y LEY DE SNELL

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda, cuando pasa de un medio a otro.

Como se ha dicho la rapidez de propagación de la luz cambia según el medio por el que viaja. El índice de refracción relaciona la velocidad de la luz en el vacío con la velocidad de la luz en el medio.

Indice de refracción

 En la ecuación

c= es la velocidad de la luz en el vacío

v= velocidad de la luz en el medio

n= Indice de refracción