Resumen - Interferencia, difracción y polarización PDF

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Resumen de investigación del tema "Interferencia, difracción y polarización" para la asignatura de Física IV, área 2. Sin citas bien elaboradas pero bibliografía enlistada....

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Interferencia Es un fenómeno en el cual una o más ondas se superponen unas a la otras para producir una onda resultante de mayor o menor amplitud. También puede referirse a la interacción de ondas que correlacionan, bien porque han surgido de la misma fuente o porque tienen una frecuencia igual o muy próxima. Todas las ondas interfieren, ya sean mecánicas o electromagnéticas.

Interferencia constructiva

Es cuando hay dos ondas de frecuencia y amplitud idénticas o similares y se superpone la cresta de una onda y la cresta de la otra onda, los efectos se suman y hacen una onda de mayor amplitud (el doble) y de igual frecuencia, esto es posible porque las ondas estaban en igual fase (como en la misma posición).

Interferencia destructiva

Es cuando la cresta de una onda se superpone al valle de otra onda y se anulan (porque no es como la anterior, en la que habían dos crestas y se sumaban, aquí hay una cresta y un valle, y como son contrarios se restan y se anulan), ya que estaban en distinta fase cuando se superponen (desfasadas 180°).

Experimento de Young

Fue un erudito y médico británico llamado Thomas Young quien demostró convincentemente la naturaleza ondulatoria de la luz –contrariamente a las ideas de Newton que creía que la luz estaba compuesta por un chorro de partículas– mediante el experimento de la doble rendija, conocido también como experimento de interferencia de la luz de Young. Su contribución fundamental al campo de la luz es el experimento de la doble rendija, considerado no sólo como «uno de los experimentos más bellos de la física», sino también «el experimento favorito con luz». Con este experimento Young desafió las teorías de Isaac Newton y demostró que

la luz es una onda, que probaba que la luz sufre el fenómeno de las interferencias que es propio de las ondas. El experimento de la doble rendija permitió a Thomas Young demostrar de forma convincente y por primera vez la naturaleza ondulatoria de la luz. Cuando las ondas provenientes de dos rendijas estrechas se superponen sobre una pantalla colocada a cierta distancia paralela a la línea que conecta estas rendijas, aparece en la pantalla un patrón de franjas claras y oscuras espaciadas regularmente (patrón de interferencia). Esta es la primera prueba clara de que luz más luz puede dar lugar a oscuridad. En la interferencia tiene lugar una redistribución espacial de la intensidad luminosa sin que se viole la conservación de la energía. Este fenómeno se conoce como interferencia y con este experimento se corroboraron las ideas intuitivas de Huygens respecto al carácter ondulatorio de la luz. Thomas Young esperaba este resultado pues creía firmemente en la teoría ondulatoria de la luz y su juicio éste había sido el más importante de sus muchos logros científicos.

Difracción Fenómeno característico de las ondas, basado en la desviación de su propagación al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. Si dicho obstáculo es estrecho, comparándolo con la longitud de onda, y un frente de ondas plano se acerca a esa abertura estrecha, el foco emisor se modificará y pasará a emitir ondas planas a ondas circulares que se propagan en todas las direcciones. Si el obstáculo es ancho, comparándola con la longitud de onda, apenas se modificará la dirección de

propagación de dicha onda, ya que la mayoría de los frentes de ondas se propagará en la misma dirección; únicamente se modificará en los extremos, donde se propagará circularmente.

Principio de Huygens

Modelo que enuncia: -

-

Cada punto de un frente de ondas puede considerarse un foco de ondas secundarias que se propagan en la misma dirección de la perturbación. La velocidad de propagación y frecuencia de estas ondas secundarias es la misma que la de la onda original. La superficie tangente (conocida como envolvente) a todas las ondas secundarias en un determinado instante es el siguiente frente de ondas.

La imagen izquierda ilustra el principio de Huygens en la propagación de una onda plana. La imagen derecha en una onda esférica. Suponiendo el frente de ondas inicial, formado en el plano S1, cualquier punto de dicho plano (como los puntos P1, P2 y P3), se comportan como focos emisores de ondas secundarias que se propagan en la dirección de avance de la onda y que se han representado en color rojo. Si consideramos v la velocidad de propagación en el medio (constante) y t el tiempo de propagación de un frente de ondas al siguiente, se puede observar que las ondas secundarias tendrán un radio v t y el nuevo frente de ondas S2 será la superficie tangente a todas ellas. En el nuevo frente, los puntos P’1, P’2 y P’3 estarán en fase y serán, a su vez, focos emisores de nuevas ondas secundarias que darán lugar al siguiente frente de ondas. Hay que observar que, dado que la velocidad es constante (suponiendo medios isótropos), un frente de ondas plano originará frentes de ondas planos y uno esférico, frentes de ondas esféricos.

Polarización La polarización es un fenómeno por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos

paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico. En la polarización, las características transmitidas por una onda se “filtran” en una dirección de desplazamiento entre todas las direcciones aleatorias inicialmente posibles. Este fenómeno presenta particular interés en el caso de la luz, donde la polarización del campo electromagnético que se transmite permite aprovechar con fines específicos la energía asociada. La polarización electromagnética es una propiedad de las ondas que pueden oscilar con más de una orientación. En una onda electromagnética, tanto el campo eléctrico y el campo magnético son oscilantes, pero en diferentes direcciones; ambas perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. De acuerdo con el modelo clásico la luz es una onda transversal electromagnética que puede viajar en el vacío, como se muestra en la siguiente figura dicha onda tiene una componente eléctrica (en azul) y una componente magnética

(en rojo) cuyas direcciones forman un ángulo de 90°.

Las vibraciones eléctricas y magnéticas de una onda luminosa se producen en varios planos, una onda luminosa que vibra en más de un plano es una onda no polarizada, dentro de las ondas luminosas no polarizadas se encuentra la luz emitida por una vela o un bombillo, la luz no polarizada puede transformarse en luz polarizada confinando sus vibraciones a un solo plano empleando diversos métodos (transmisión, reflexión y refracción). Habitualmente se decide por convenio que para el estudio de la polarización electromagnética se atienda exclusivamente al campo eléctrico, ignorando el campo magnético, ya que el vector de campo magnético puede obtenerse a partir del vector de campo eléctrico, pues es perpendicular y proporcional a él.

Polarización de ondas

En las ondas mecánicas, se llama vector polarización al que define el desplazamiento instantáneo de las partículas del medio sometidas a la oscilación ondulatorio. Dicho vector puede apuntar en cualquier dirección para cada partícula. -

En las ondas longitudinales (aquellas en que las partículas vibran en la dirección de desplazamiento de la onda) el vector polarización es colineal con la dirección de propagación.

-

En las ondas transversales (donde las partículas del medio oscilan en dirección perpendicular a la del movimiento de la onda) el vector polarización está siempre contenido en un plano normal a la dirección de propagación.

Estas consideraciones sobre la polarización son extensibles también a las ondas electromagnéticas, como en la luz.

Poder de resolución Es la capacidad de un sistema óptico o instrumento para diferenciar entre dos puntos o líneas muy próximos, o bien, para distinguir dos objetos que están muy juntos. En astronomía, la cuestión planteada es la distancia angular que puede haber entre dos estrellas para que se puedan distinguir por separado; están tan lejos que son siempre fuentes puntuales. Pero, debido a la difracción de la luz al atravesar el telescopio la luz procedente de un objeto puntual crea una imagen anular con un patrón de difracción característico denominado disco de Airy. El límite óptico debido a la difracción puede calcularse de manera empírica a partir del criterio de Rayleigh, el cual postula que: 𝑠𝑖𝑛𝜃 = 1.22

𝜆 𝐷

donde θ es la resolución angular, λ la longitud de onda de la luz y D el diámetro o apertura del telescopio. El factor 1.22 se deriva de un cálculo de la posición del primer anillo de oscuridad rodeando el disco de Airy central.

Bibliografía ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

http://www.sabelotodo.org/ondas/interferencia.html https://www.fisicalab.com/apartado/principio-huygens http://varinia.es/blog/2010/12/19/%C2%BFen-que-consiste-el-principio-de-huygens/ http://www.hiru.eus/es/fisica/polarizacion-de-la-luz https://www.fisic.ch/contenidos/ondas-y-la-luz/polarizaci%C3%B3n-de-la-luz/ http://168.176.60.11/cursos/ciencias/mtria_ensenanza/polarizacion/html/polari_concept o_1.html ✓ https://www.bbvaopenmind.com/thomas-young-y-la-naturaleza-ondulatoria-de-la-luz/ ✓ http://www.fotonostra.com/glosario/poderesolucion.htm...