Interferómetro de Michelson: Aplicaciones

¿Qué es un interferómetro de Michelson?

Digamos que alumbro una linterna directamente en tus ojos porque soy uno de esos maestros que piensa que la irritación es el camino al conocimiento. Te cubrirás los ojos de inmediato. Ciertamente no verá que le estoy brillando, espere cinco minutos y luego levante las manos lentamente para cubrir sus ojos. Eso es porque la velocidad de la luz es extremadamente rápida. La luz de mi linterna tarda una fracción de segundo en atravesar la habitación. Es tan rápido que parece instantáneo, pero no lo es. La velocidad de la luz es una velocidad específica y medible, y podemos usar el interferómetro de Michelson para medirla.

Un interferómetro de Michelson es un dispositivo que toma un haz de luz, lo divide en dos haces separados y luego los vuelve a combinar en un solo haz. Esto puede parecer un proceso sin sentido, pero al dividir la luz, puede hacer una cosa con un rayo y algo diferente con el otro, y ver cómo afecta los resultados. Los espejos se utilizan generalmente para lograr esto. Un espejo semiplateado es una superficie en la que la mitad está recubierta de material espejo y la otra mitad es vidrio transparente. Esto permite que la mitad de la luz se refleje y la otra mitad pase directamente. Esta es la forma más sencilla de dividir la luz en dos haces separados. Los espejos regulares también se utilizan para redirigir los rayos de la forma que necesitemos.

Un interferómetro de Michelson

Historia: refutar el éter

Antes de que Michelson y Morley utilizaran el primer interferómetro de Michelson, la gente no estaba segura de si la velocidad de la luz era realmente constante. Tal vez cambió en diferentes circunstancias, o tal vez fue diferente en una dirección que en otra. La razón por la que pensaron que podría ser diferente en cada dirección es que muchos científicos todavía pensaban que el universo estaba hecho de algo llamado éter luminífero . Este es un medio invisible por el que se creía que viajaba la luz.

Después de todo, las ondas de agua viajaron en el agua y las ondas de sonido viajaron en el aire. Entonces, ¿seguramente las ondas de luz también deben tener un medio? Si existía tal éter, se esperaba que se moviera en una dirección u otra. Y así, la velocidad de la luz sería diferente si se moviera con el éter, de lo que sería si se moviera contra él.

Michelson y Morley probaron esto usando su interferómetro dividiendo un haz de luz y haciendo que cada parte viajara en una dirección diferente. Cuando los dos haces de luz se vuelven a combinar, si viajan a diferentes velocidades, verían patrones de interferencia. Los patrones de interferencia son una mezcla de puntos o líneas claros y oscuros que se obtienen cuando dos ondas (en este caso, ondas de luz) ya no están en fase, cuando los picos de las dos ondas no golpean la pantalla del detector al mismo tiempo. hora.

Michelson y Morley colocaron su interferómetro en un tocadiscos y lo apuntaron en muchas direcciones diferentes. También esperaron hasta diferentes momentos en la rotación y órbita de la Tierra. Pero, hicieran lo que hicieran, no vieron ningún cambio en la imagen de la pantalla. ¡Parecía que la velocidad de la luz era constante en todas direcciones! Este conocimiento finalmente llevó a Einstein a desarrollar la teoría especial de la relatividad, y con ella comenzó una revolución en la física.

Aplicaciones

Hay muchos otros experimentos útiles que puede hacer con un interferómetro de Michelson. Al dividir el haz de luz en dos, le permite hacer cosas diferentes en las dos partes de la luz y ver los resultados. Entonces, podría poner un haz de luz a través de un material, como un panel de vidrio, y el otro a través de un material diferente, como, por ejemplo, gas argón, y luego ver qué haz de luz viaja más rápido. Si bien la velocidad de la luz es la misma en todas las direcciones, poner materiales en el camino cambia un poco la velocidad. También puede utilizar un interferómetro para medir con mayor precisión la posición exacta de un objeto, dividir la luz en un espectro (como un espectrómetro), probar componentes ópticos y estudiar patrones de viento y temperatura (especialmente en la atmósfera superior).

Resumen de la lección

Un interferómetro de Michelson es un dispositivo que toma un haz de luz, lo divide en dos haces separados y luego los vuelve a combinar en un solo haz. Los espejos se utilizan generalmente para lograr esto. Un espejo semiplateado es una superficie en la que la mitad está recubierta de material espejo y la otra mitad es vidrio transparente. Esto hace que la mitad de la luz se refleje y la otra mitad pase directamente. Al dividir la luz, puede hacer una cosa con un rayo y algo diferente con el otro.

Los interferómetros de Michelson se pueden utilizar para medir la velocidad de la luz en diferentes medios, medir con precisión la posición exacta de un objeto, dividir la luz en un espectro, probar componentes ópticos y estudiar patrones de viento y temperatura (especialmente en la atmósfera superior).

El primer uso y el más famoso fue probar la existencia del éter luminífero , que es un medio invisible por el que se creía que viajaba la luz. Esto se probó dividiendo un haz de luz y haciendo que cada parte viaje en una dirección diferente. Cuando los dos haces de luz se vuelven a combinar, si viajan a diferentes velocidades, verían patrones de interferencia. Los patrones de interferencia son una mezcla de puntos o líneas claros y oscuros que se obtienen cuando dos ondas (en este caso, ondas de luz) ya no están en fase, cuando los picos de las dos ondas no golpean la pantalla del detector al mismo tiempo. hora.

Incluso después de rotar el equipo y probar diferentes momentos del día y del año, Michelson y Morley no vieron ningún cambio en la imagen en la pantalla. Esto demostró que el éter no existía y que la velocidad de la luz era constante en todas las direcciones. Una revolución en la física comenzó poco después cuando Einstein usó su teoría de la relatividad especial para explicar cómo funcionaba realmente el universo (y la luz).

Los resultados del aprendizaje

Prepárese para hacer lo siguiente tan pronto como termine esta lección:

• Tenga en cuenta las características de un interferómetro de Michelson
• Evaluar el intento de Michelson y Morley de refutar el éter luminífero
• Enumere algunos de los propósitos de un interferómetro de Michelson