Movimiento ondulatorio |
Interferencia y difracción Tubo de Quincke Interferencia de las ondas producidas por dos fuentes (I) Interferencia de las ondas producidas por dos fuentes (II) Interferencia de las ondas producidas por varias fuentes
Interferencia más difracción Difracción abertura rectangular y circular Difracción de Fresnel |
Descripción | ||||||
| La difracción es junto con la interferencia un fenómeno típicamente ondulatorio. La difracción se observa cuando se distorsiona una onda por un obstáculo cuyas dimensiones son comparables a la longitud de onda. El caso más sencillo corresponde a la difracción Fraunhofer, en la que el obstáculo es una rendija estrecha y larga, de modo que podemos ignorar los efectos de los extremos. Supondremos que las ondas incidentes son normales al plano de la rendija, y que el observador se encuentra a una distancia grande en comparación con la anchura de la misma. De acuerdo con el principio de Huygens, cuando la onda incide sobre una rendija todos los puntos de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas, emitiendo nuevas ondas, denominadas ondas difractadas, por lo que la explicación del fenómeno de la difracción no es cualitativamente distinto de la interferencia. Una vez que hemos estudiado la interferencia de un número limitado de fuentes, la difracción se explica a partir de la interferencia de un número infinito de fuentes.
Descripción
Sea b la anchura de la rendija, y consideremos que las infinitas fuentes secundarias de ondas están distribuidas a lo largo de la rendija.
El estado del punto P es la superposición de infinitos M.A.S. La suma de los infinitos vectores de amplitud infinitesimal produce un arco de circunferencia, cuya cuerda es la resultante A. El ángulo δ que forma el vector situado en x con la horizontal vale kx·senq
Calculamos la longitud de la cuerda, es decir, la resultante.
Eliminando el radio r, queda
y como las intensidades son proporcionales a los cuadrados de las amplitudes
El máximo de la difracción se produce cuando el argumento del seno es cero, ya que
Para que dicho argumento sea cero, el ángulo q debe ser cero. Tenemos un máximo de intensidad en el origen, en la dirección perpendicular al plano de la rendija. Mínimos de intensidad Los mínimos de intensidad se producen cuando el argumento del seno es un múltiplo entero de p, es decir, cuando
o bien, cuando
Esta es la fórmula que describe el fenómeno de la difracción Fraunhofer producido por una rendija estrecha. Máximos secundarios Los máximos y mínimos se calculan derivando la fórmula de la intensidad respecto de x=πb·senq /l
Por ejemplo cuando x=0, pero también para otros valores de x que son las raíces de la ecuación trascendente x=tanx. Estas raíces se pueden calcular numéricamente o gráficamente.
Como observamos en la gráfica los máximos secundarios ocurren aproximadamente para xn≈(2n+1)π/2 donde n=±1, ±2, ±3… teniendo en cuenta que sen(xn)=1. La intensidad debida a la difracción en la dirección correspondiente a los máximos secundarios es aproximadamente igual a
que como vemos decrece rápidamente a medida que se incrementa n.
ActividadesSe introduce
Se pulsa el botón titulado Dibuja Se muestra las ondas planas incidentes sobre una rejilla y las ondas difractadas como si fuese una fotografía tomada de una cubeta de ondas.. A continuación, se muestra la intensidad en la posición x=200, codificada en escala de grises. La máxima intensidad en color blanco, la intensidad cero en color negro. Finalmente, la representación gráfica de la intensidad en dicha posición, en el borde derecho de la "cubeta de ondas" Ejemplo:
Se observa el primer mínimo de difracción en la posición y=50. Primero, calculamos el ángulo tanθ=50/200, y luego, comprobamos que b·senθ≈λ Se ha de tener en cuenta que en la difracción Fraunhofer, el observador se encuentra a una distancia grande en comparación con la anchura de la rendija y esta condición no se cumple en esta simulación. Su objetivo no es el cálculo de los mínimos de difracción sino la de mostrar que la difracción no es un fenómeno cualitativamente distinto de la interferencia.
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Difracción producida
por una rendija
