Difracción y principio de Huygen

¿Qué es la difracción?

Vivimos en un mundo lleno de ondas: ondas sonoras, ondas de agua, ondas de luz, microondas… muchas, muchas ondas. Entonces, cuanto mejor los entendemos, mejor entendemos el mundo en general. Las ondas tienen ciertos comportamientos y características que son particularmente distintivas: reflejan, refractan, pero también difractan. La difracción es lo que sucede cuando una ola golpea un obstáculo o atraviesa una hendidura: es la propagación de la onda alrededor de un obstáculo o la propagación de una onda al atravesar una hendidura. Podemos representar ondas con una serie de líneas llamadas frentes de onda; estos son los picos de las olas. Después de la difracción, los frentes de onda paralelos y rectos se volverán curvos. Pero, ¿qué significa eso para la vida real? ¿Cómo nos afecta eso exactamente?

Wavefronts

Ejemplos de difracción

Volvamos a los días en que jugabas al escondite con tus amigos. Quizás todavía lo hagas. Sé que lo haría. Pero, también digamos que no eres muy bueno para esconderte y decides esconderte detrás de un árbol grande. Cuando el buscador grita, ‘¡Listo o no, aquí voy!’ puedes escuchar su voz bastante bien. ¿Pero por qué? Puede parecer una pregunta extraña. ¡Por supuesto, puedes escuchar su voz! Pero eso es solo porque es a lo que estamos acostumbrados en nuestra vida cotidiana. Imagínese por un segundo que en lugar de una onda de sonido, ondas de luz salieran de la boca del buscador … de detrás de un árbol, no lo oiría, porque la luz viaja en línea recta. Bueno, todas las ondas, incluidas las ondas sonoras, viajan en línea recta. Entonces, ¿por qué puedes oírlo? Todo se debe a la difracción. Las ondas sonoras tienen una longitud de onda relativamente grande, son ondas realmente grandes. Además, debido a eso, incluso los objetos grandes y las ranuras hacen que se difracten. Entonces, los objetos en un bosque (árboles, arbustos, niños desprevenidos) hacen que las ondas sonoras se extiendan por los espacios y te alcancen detrás del árbol. Si no fuera por la difracción, apenas oirías nada. La luz tiene una longitud de onda mucho más pequeña y, debido a esto, se necesita una rendija mucho más pequeña para que ocurra la difracción. Pero, si tiene una puerta con un rayo de luz que entra por el pequeño espacio y lo hace lo suficientemente pequeño, es posible que vea que el rayo se extiende. Y, si está detrás de un sofá, encontrará que no es tan oscuro como cabría esperar. Incluso las ondas de agua difractan. Cuando usamos un tanque de ondas en física, vemos algunos de los mismos patrones de difracción que vemos con los láseres cuando estudiamos la luz. Las ondas de agua se extenderán alrededor de una barrera. Por lo tanto, un malecón realmente debe estar completo para detener por completo el paso de las olas.

Principio de Huygen

Cuando haces brillar una luz a través de una pequeña rendija, una extensión de la luz no es lo único que ves. Si ilumina la pantalla con la luz resultante, es posible que observe un patrón extraño. A esto se le llama patrón de interferencia . Zonas oscuras y claras, una tras otra en una serie de líneas. O, si es una apertura circular, verá algunos círculos concéntricos. Ocurre debido a la difracción. Pero, ¿cómo puede una onda interferir consigo misma? Puede ser fácil imaginar dos haces de luz separados interfiriendo entre sí: cuando los picos de las dos ondas golpean la pantalla juntos (o los valles para el caso), obtendría un parche de luz, y cuando un pico de uno Si la onda golpea la pantalla con la depresión de la otra, obtendría una mancha oscura. Eso explicaría el patrón. Pero, ¿por qué un solo haz de luz crearía un patrón de interferencia? La respuesta proviene de un tipo llamado Christian Huygens, un físico francés que propuso una teoría ondulatoria de la luz muchos años antes de que Maxwell se atribuyera todo el mérito de sus descubrimientos y ecuaciones. Con suerte, no estaba demasiado amargado por eso. El principio de Huygen establece que cada punto de un frente de onda actúa como fuente de muchas ondas esféricas secundarias. El frente de onda, unos segundos después, será una envolvente de estas ondas anteriores. O en otras palabras, se puede pensar que una onda paralela está formada por muchas ondas esféricas diminutas. Bien, pero ¿cómo se relaciona esto con nuestro patrón de interferencia? Bueno, si una onda puede tratarse como si estuviera formada por muchas ondas diminutas, esas ondas diminutas pueden interferir entre sí. Por lo tanto, un solo haz de luz, o incluso una onda verdaderamente única, puede crear un patrón de interferencia después de difractar a través de una rendija o alrededor de un objeto. ¡Problema resuelto!

Resumen de la lección

La difracción es lo que sucede cuando una ola golpea un obstáculo o atraviesa una hendidura: es la propagación de la onda alrededor de un obstáculo o la propagación de una onda al atravesar una hendidura. Podemos representar ondas con una serie de líneas llamadas frentes de onda, que representan los picos de la onda. Después de la difracción, los frentes de onda paralelos y rectos se volverán curvos. La difracción es la razón por la que las ondas sonoras se pueden escuchar en las esquinas o detrás de los objetos. El sonido tiene una longitud de onda relativamente grande, por lo que los objetos grandes y las rendijas hacen que las ondas sonoras se difracten. La luz, por otro lado, tiene una longitud de onda mucho más pequeña y, debido a esto, se necesita una rendija mucho más pequeña para que ocurra la difracción. Pero si tiene una puerta con un rayo de luz que entra a través del pequeño espacio y lo hace lo suficientemente pequeño, es posible que vea que el rayo se extiende. Y si está detrás de un sofá, encontrará que no es tan oscuro como cabría esperar. Todas las ondas difractan, incluso la luz. Cuando hace brillar la luz a través de un espacio, ve un patrón de interferencia , que contiene áreas oscuras y áreas claras, una tras otra en una serie de líneas o círculos, según la forma del espacio. El principio de Huygen establece por qué puede suceder esto. El principio de Huygen establece que cada punto de un frente de onda actúa como fuente de muchas ondas esféricas secundarias. El frente de onda, unos segundos después, será una envolvente de estas ondas anteriores. Estas diminutas ondas pueden interferir entre sí, razón por la cual es posible que una sola onda produzca un patrón de interferencia. Huygens era un tipo muy poco apreciado que proponía la naturaleza ondulatoria de la luz mucho antes que el famoso Maxwell. La difracción es uno de los comportamientos de ondas más importantes de comprender. Dado que estamos rodeados de todo tipo de ondas, todos los días de nuestra vida, cuanto mejor comprendamos este y otros fenómenos de ondas, mejor podremos darle sentido a todo lo que vemos a nuestro alrededor.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, debería poder:

• Definir patrón de difracción e interferencia
• Explica por qué ocurre la difracción.
• Describir las diferencias en las ondas de luz y sonido y cómo esto afecta la difracción.
• Recuerde el principio de Huygen

Rodrigo Ricardo Editor y fundador