Difracción e interferencia: Laboratorio de física

¿Qué es la difracción y la interferencia?

La luz es una onda y las ondas pueden hacer cosas interesantes. Pueden reflejarse rebotando en espejos y refractarse doblando cuando se mueven de un material a otro. Pero también pueden difractar. La difracción es el proceso por el cual un rayo de luz se extiende al pasar a través de una abertura o por el borde de un objeto. La apertura (o el agujero o la hendidura) tiene que ser comparable a la longitud de onda de la onda, y la longitud de onda de la luz resulta ser muy pequeña, pero la difracción ocurre y es más que posible observar.

Las olas también pueden interactuar con otras olas. Un rayo de luz contiene muchas ondas individuales y esas ondas pueden superponerse entre sí. Cuando la luz pasa a través de una abertura y se difracta, las partes de la onda que pasan por el medio de la rendija se superponen con las partes de las ondas que atraviesan los bordes, y este proceso produce un patrón de interferencia. Un patrón de interferencia para la luz es una región de áreas claras y oscuras creadas por la superposición de múltiples ondas de luz. Cuando los picos de dos ondas se encuentran, o los valles de dos ondas se encuentran, se obtiene un área clara, un área brillante, y esto se llama interferencia constructiva . Cuando el pico de una onda se encuentra con el valle de otra, se obtiene un área oscura, y esto se llama interferencia destructiva .

Hoy, usaremos algunos equipos básicos para ver un patrón de difracción (interferencia). Es más difícil hacer esto cuando no tienes equipo especializado, pero si tienes cuidado, el patrón puede ser sorprendentemente claro.

Pasos del laboratorio de física

Para este laboratorio de física, necesitará:

Un puntero láser

1 hoja de afeitar

4-5 alfileres de ropa

Un marco de diapositivas (para fotos antiguas)

Cinta adhesiva

tijeras

Y una pantalla o pared blanca

Paso 1: Con unas tijeras, corte una hoja de afeitar en dos mitades, a lo largo.

Paso 2: Con cinta adhesiva, pegue las dos mitades de la hoja de afeitar al marco deslizante, con los bordes de corte apuntando uno hacia el otro, creando una hendidura. Colóquelos en una ligera forma de V, de modo que se toquen en la parte inferior y tengan un espacio más considerable en la parte superior. Incluso en la parte superior, la hendidura debe ser muy delgada. El ancho máximo debe ser de alrededor de 1 milímetro.

Paso 3: cierre el marco deslizante.

Paso 4: Coloque alfileres de ropa tanto en el marco deslizante (uno o dos) como en el puntero láser (tres deberían hacerlo), para que puedan ponerse de pie por sí mismos. Puede subir o bajar los alfileres de ropa en el puntero láser (asumiendo que es de forma cilíndrica) para ajustar su puntería.

Paso 5: Dirija el rayo láser a través de la rendija, hasta que golpee la pantalla a cierta distancia detrás de la rendija.

Paso 6: ajuste el puntero láser hacia arriba y hacia abajo a lo largo de la rendija y observe cómo cambia el patrón en la pantalla. Anote sus observaciones.

Si aún no lo ha hecho, ahora es el momento de pausar el video y comenzar. ¡Buena suerte!

Análisis de los datos

Bien, ahora que ha completado el laboratorio, es hora de que analicemos los resultados. Debería haber visto un patrón en la pantalla que contiene un área brillante más grande y bandas alternas oscuras y claras a cada lado.

Entonces, ¿qué sucedió cuando movió el láser de ranuras más delgadas a anchos más grandes? Probablemente haya notado que en anchos de hendidura más grandes, el patrón visto en la pantalla era menos ancho, particularmente en el caso del máximo central, el centro brillante del patrón. Esto muestra que a medida que hace la apertura cada vez más pequeña, la luz se difracta, o se extiende, más. Esto tiene sentido, porque si amplía la brecha lo suficiente, la luz obviamente pasaría sin verse afectada.

También puede haber notado que las bandas claras y oscuras se vuelven cada vez más tenues. La cantidad de luz que se dobla en ángulos grandes es menor que la luz que pasa directamente o se dobla en ángulos pequeños.

Resumen de la lección

La difracción es el proceso por el cual un rayo de luz se extiende al pasar a través de una abertura o por el borde de un objeto. Un rayo de luz contiene muchas ondas individuales y esas ondas pueden superponerse entre sí. Cuando la luz pasa a través de una abertura y se difracta, las partes de las ondas que pasan por el medio de la rendija se superponen con las partes de las ondas que atraviesan los bordes, y esto produce un patrón de interferencia. Un patrón de interferencia para la luz es una región de áreas claras y oscuras creadas por la superposición de múltiples ondas de luz. Cuando los picos de dos ondas se encuentran, o los valles de dos ondas, se obtiene un área clara, y esto se llama interferencia constructiva.. Cuando el pico de una onda se encuentra con el valle de otra, se obtiene un área oscura, y esto se llama interferencia destructiva .

Para observar este efecto, la apertura (o agujero o hendidura) tiene que ser comparable a la longitud de onda de la onda, y la longitud de onda de la luz resulta ser muy pequeña, pero es posible observar, y eso es lo que hicimos en el laboratorio de hoy. . Observamos que una sola rendija produce un patrón de difracción con un máximo central grande y bandas alternas de luz y oscuridad en cada lado. También notamos que las aberturas más delgadas conducen a una mayor difracción y que el patrón se vuelve cada vez más tenue a medida que avanza hacia los bordes exteriores.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado, debería poder:

• Definir difracción
• Identificar y explicar los dos tipos de patrones de interferencia.
• Describir cómo observar la difracción de la luz usando una apertura (o dispositivo similar)

Rodrigo Ricardo Editor y fundador