Interferencia constructiva y destructiva

Publicado el 9 septiembre, 2020

Introducción a la interferencia

Recuerdo que cuando estaba en la escuela primaria solía jugar a saltar la cuerda con mis amigos en el recreo. A veces nos aburríamos de saltar la cuerda y empezamos a hacer olas con ella. Cada uno de nosotros sostenía un extremo de la cuerda, y ambos balanceábamos nuestros brazos hacia arriba y hacia abajo, enviando olas gigantes el uno hacia el otro a lo largo de la cuerda. Notamos que las olas chocaban entre sí, haciendo que la cuerda saltara hacia arriba y hacia abajo en patrones locos. A veces, sin embargo, poníamos las olas en marcha para que formaran un patrón perfecto que parecía estar en un solo lugar. Las ondas estacionarias son fenómenos intrigantes que ocurren cuando dos ondas interfieren entre sí. Para entender por qué ocurren, aprendamos más sobre cómo funciona realmente la interferencia .

Interferencia constructiva y destructiva

La mayoría de las veces, cuando pensamos en ondas, tendemos a imaginar una sola onda viajando a través de un medio. Cuando pensamos en las olas del agua, por ejemplo, imaginamos una ola viajando a través del océano por sí sola, pero obviamente, eso es poco realista. ¿Cuándo hay una sola ola viajando a través del océano? Hay innumerables olas que viajan de norte a sur, de este a oeste. Algunas olas del océano son más grandes y otras más pequeñas. Algunas olas son causadas por el viento, otras son causadas por cruceros y otras por toneladas de otras cosas.

Inevitablemente, algunas olas se cruzarán o se encontrarán. Cuando lo hacen, la reacción entre las ondas se conoce como interferencia . Este es el encuentro de dos o más ondas que viajan en el mismo medio. Las ondas que se encuentran en el mismo medio en realidad interrumpen el desplazamiento mutuo. Interfieren entre sí de modo que la onda resultante es una onda completamente nueva y diferente de cualquiera de las dos originales.

Echemos un vistazo a estas dos ondas:

Ondas viajando unas hacia otras en el mismo medio
olas viajando una hacia la otra

Viajan el uno hacia el otro en el mismo medio. Uno viaja a la izquierda y el otro a la derecha. Ambos tienen la misma amplitud de 1 metro. Cuando las dos olas se encuentran, llega un momento en que las crestas de ambas olas terminan en el mismo lugar. Sus crestas se superponen, por lo que sus amplitudes se suman. En lugar de que la cresta tenga 1 metro de altura, ¡tiene 2 metros de altura!

Cuando las crestas o valles de dos ondas interferentes se encuentran, sus amplitudes se suman. Este principio se conoce como interferencia constructiva . Entonces, ¿qué sucede cuando la cresta de una ola se encuentra con el valle de otra ola? Bueno, sucede lo contrario y se llama interferencia destructiva . Cuando la cresta y la depresión de dos ondas interferentes se encuentran, una amplitud se resta de la otra.

Tomemos nuestras mismas dos olas que tuvimos antes. Todavía viajan uno hacia el otro y todavía tienen 1 metro de amplitud cada uno. Pero esta vez, da la casualidad de que la cresta de una ola se alinea con el valle de la otra ola. ¿Sabes qué pasará con la amplitud general? Bueno, ¡no habrá ninguno! La cresta de la primera ola cancelará la depresión de la otra ola. El medio experimenta desplazamiento cero. El resultado neto es una superficie completamente plana.

Los resultados al agregar interferencia constructiva y destructiva
Resultados de la interferencia destructiva constructiva

Principio de superposición

La interferencia constructiva describe una situación en la que se suman dos ondas, mientras que en la interferencia destructiva, las dos ondas se anulan entre sí. Pero, en realidad, los dos tipos de interferencia son el resultado de lo mismo. Cuando dos ondas interfieren entre sí, sus desplazamientos en cualquier punto se suman para producir el desplazamiento del medio. Déjame mostrarte lo que quiero decir.

Tomaremos dos ondas que tienen la misma longitud de onda. Uno tiene una amplitud de 1 metro; el otro tiene una amplitud de 2. Digamos que interfieren de tal manera que todas las crestas y valles se alinean. Entonces, sumaremos el desplazamiento de ambas ondas en cada punto, y eso nos dará el desplazamiento total de la onda resultante cuando se encuentren.

El principio de superposición agrega el desplazamiento de las crestas y valles de las olas.
Principal de gráfico de superposición

En el punto A, ambas ondas tienen un desplazamiento de 0. Entonces, la onda resultante también es 0. En el punto B, tenemos una amplitud más 1 para la primera onda y una amplitud más 2 para la segunda onda. Entonces, la amplitud de la onda resultante sería 3.

Ahora, en el punto C, las ondas vuelven a ser neutrales, al igual que la onda resultante. En el punto D, sumamos la amplitud de menos 1 para el valle de la primera onda a la amplitud de menos 2 para el valle de la segunda onda. El resultado es una suma de menos 3 , lo que significa que nuestro valle en la ola resultante está a 3 metros de profundidad.

Parece que tenemos una interferencia constructiva aquí. Nuestras ondas de amplitudes 1 y 2 nos dieron una onda resultante con una amplitud total de 3.

El ejercicio que acabamos de hacer ilustra el principio de superposición , la regla básica que nos dice cómo encontrar la onda resultante de la interferencia de dos ondas diferentes. Simplemente trata todas las crestas como números positivos y todas las depresiones como números negativos. Luego, suma el desplazamiento de las ondas para cada punto. Para dos ondas interferentes, el desplazamiento del medio en cualquier punto es la suma de los desplazamientos de las ondas en ese punto.

Intentemos alinear estas olas de una manera diferente. Cambiaremos nuestra segunda ola para que su cresta se alinee con la depresión de la primera. Ahora, en el punto A todavía tenemos una suma de 0, y lo mismo es cierto para los puntos C y E. Pero en el punto B, el más 1 de la primera onda es contrarrestado por el menos 2 de la segunda onda.

Esto muestra un poco de interferencia destructiva, lo que significa que nuestra amplitud resultante es un miserable menos 1 . En el punto D, nuestro mínimo 1 es contrarrestado por la cresta más 2 . Entonces, la amplitud aquí es más 1 .

Como puede ver a continuación, el principio de superposición nos ayuda a encontrar la amplitud resultante para cada punto a lo largo de dos ondas interferentes.

Otro ejemplo de superposición
gráfico de superposición

Ondas estacionarias

Una cosa es hablar de olas que se encuentran en un gran espacio abierto, como el océano, pero las olas también pueden interferir con ellas mismas cuando se reflejan en otro objeto. Por ejemplo, si estoy sosteniendo un extremo de una cuerda para saltar y mi amigo sostiene el otro, entonces puedo enviar una ola a través de la cuerda que se reflejará en la mano de mi amigo y viajará hacia mí. Si sigo enviando más y más ondas hacia abajo, estas interferirán con las ondas que regresan. Se produce una interferencia entre el incidente y las ondas reflejadas, y por lo general se ve bastante desordenado.

Sin embargo, si cronometro la propagación de mi onda correctamente, puedo hacerlo de modo que las ondas reflejadas se alineen perfectamente con las ondas incidentes. Es decir, cada onda reflejada interfiere constructivamente con una onda incidente. Las ondas se doblan unas sobre otras de tal manera que algunas partes del medio parecen estar perfectamente quietas.

Este tipo de fenómeno se llama onda estacionaria . Se llama ‘estar de pie’ porque realmente parece que está parado en su lugar en lugar de viajar a lo largo de la cuerda. En realidad, el incidente y las ondas reflejadas viajan de un lado a otro. Viajan a la frecuencia correcta para converger entre sí y sumarse a través de una interferencia constructiva.

Debido a que tiene que haber una superficie reflectante, las ondas estacionarias solo ocurren en los medios que están contenidos. Por ejemplo, una cuerda de guitarra está contenida por sus accesorios a la guitarra en ambos extremos. Cuando se toca la cuerda, forma una onda estacionaria entre los dos extremos estacionarios. Las ondas estacionarias también se generan en instrumentos de viento como flautas. Los extremos de la flauta actúan como contenedores para el medio, que es la columna de aire del interior. Las diferentes notas que puede tocar la flauta están relacionadas con los diferentes tipos de ondas estacionarias que se hacen dentro de la columna.

Las ondas estacionarias ocurren solo en los medios que están contenidos.
Medios contenidos en ondas estacionarias

Las ondas estacionarias pueden parecer un tipo de onda completamente diferente. Pero en realidad, son solo el resultado de una interferencia constructiva entre ondas reflejadas. Una onda estacionaria es simplemente un caso especial en el que la interferencia y el reflejo funcionan en perfecta armonía.

Resumen de la lección

La interferencia es el encuentro de dos ondas que viajan en el mismo medio. Cuando dos ondas se encuentran, interrumpen el desplazamiento de la otra para formar una onda resultante completamente nueva. El principio de superposición describe cómo se suman las amplitudes de cada onda para determinar la amplitud de la onda resultante en cada punto.

Cuando dos ondas se encuentran de tal manera que sus crestas se alinean, se llama interferencia constructiva . La onda resultante tiene una amplitud mayor. En la interferencia destructiva , la cresta de una onda se encuentra con el valle de otra y el resultado es una amplitud total más baja.

Las ondas estacionarias son fenómenos que ocurren cuando las ondas están contenidas y se reflejan sobre sí mismas a través del medio. Esta combinación de reflexión e interferencia constructiva produce una onda que parece estar en su lugar.

Los resultados del aprendizaje

Después de ver este video, podrá:

  • Definir interferencia
  • Diferenciar entre interferencia constructiva y destructiva
  • Describe cómo encontrar la amplitud de una onda resultante siguiendo el principio de superposición.
  • Resume cómo ocurren las ondas estacionarias
¡Puntúa este artículo!