Rejilla de difracción | Ondas de luz | Física | Khan Academy en Español
Summary
TLDREl guion habla sobre la utilidad de las ranuras dobles y múltiples en la interferencia de la luz. Al usar una rejilla de difracción, se pueden observar patrones de interferencia más definidos y brillantes, lo que facilita la medición de ángulos y distancias. La explicación detalla cómo la luz viaja desde múltiples agujeros, creando puntos de interferencia constructiva y destructiva en la pantalla. Esto resulta en patrones claros que son útiles para experimentos de física, y la relación de D por el seno de teta igual a m por la longitud de onda sigue siendo aplicada en la rejilla de difracción.
Takeaways
- 🔍 Las ranuras dobles son útiles para observar patrones de interferencia de luz.
- 🌟 Al dirigir un láser verde a través de una ranura doble, se pueden ver puntos brillantes difuminados en la pantalla.
- 📏 Para medir ángulos y distancias en este experimento, se necesitan puntos definidos, lo que puede ser difícil con puntos difuminados.
- 💡 Agregar más agujeros a una rejilla puede mejorar la definición y brillo de los puntos de interferencia.
- 🕳️ Al tener múltiples agujeros separados por una distancia d, se producen puntos de interferencia constructiva y destructiva claramente definidos.
- 📉 Los puntos de luz se vuelven menos luminosos a medida que se alejan del centro, lo que puede complicar su observación.
- 📐 La distancia entre la rejilla y la pantalla, así como la distancia entre puntos de interferencia, son cruciales para mediciones precisas.
- 🔄 La interferencia constructiva ocurre cuando las ondas de luz de diferentes agujeros se superponen en sus puntos máximos o mínimos.
- 🚫 La interferencia destructiva sucede cuando un pico de una onda se superpone con un valle de otra, anulándose mutuamente.
- 📋 La rejilla de difracción, con sus múltiples agujeros, es una herramienta más efectiva que las ranuras dobles para observar y medir patrones de interferencia.
Q & A
¿Qué son las ranuras dobles y por qué son importantes en la física?
-Las ranuras dobles son una herramienta utilizada en física para demostrar la naturaleza ondulatoria de la luz y la interferencia. Permiten observar patrones de interferencia cuando se enfoca luz a través de ellas, lo que resulta en puntos brillantes y oscuros en una pantalla.
¿Cuál es el problema al observar los patrones de interferencia con ranuras dobles?
-Con las ranuras dobles, los patrones de interferencia son difuminados, lo que dificulta la medición precisa de ángulos y distancias, ya que los puntos brillantes no están bien definidos y la luz disminuye en intensidad a medida que se alejan del centro.
¿Cómo se puede mejorar la definición de los puntos de interferencia para facilitar las mediciones?
-Aumentando el número de agujeros en la rejilla de difracción, se pueden obtener puntos de interferencia constructiva más definidos y brillantes, facilitando así las mediciones.
¿Qué sucede cuando se aumentan los agujeros en la rejilla de difracción?
-Cuando se incrementa el número de agujeros, se producen puntos de interferencia constructiva muy definidos y brillantes, y oscuridad entre ellos, lo que facilita la medición de ángulos y distancias.
¿Por qué la interferencia destructiva ocurre entre los puntos de interferencia constructiva en una rejilla de difracción?
-La interferencia destructiva ocurre porque, al desviarse ligeramente de un punto de interferencia constructiva, las ondas de diferentes agujeros no coinciden perfectamente, aniquilándose mutuamente y resultando en oscuridad.
¿Cómo se calcula la distancia entre los puntos de interferencia constructiva en una rejilla de difracción?
-La distancia entre los puntos de interferencia constructiva se calcula utilizando la fórmula d/seno(teta) = m*lambda, donde d es la distancia entre agujeros, teta es el ángulo con respecto al eje de las ondas, m es un entero y lambda es la longitud de onda de la luz.
¿Cuál es la ventaja de usar una rejilla de difracción en lugar de ranuras dobles para observar patrones de interferencia?
-La rejilla de difracción permite ver patrones de interferencia con puntos más definidos y brillantes, lo que mejora la precisión en las mediciones y permite observar más puntos a los lados del centro en comparación con las ranuras dobles.
¿Cómo se relaciona el número de agujeros en la rejilla de difracción con la definición de los puntos de interferencia?
-A mayor número de agujeros en la rejilla de difracción, mejor definido y más brillante será el patrón de interferencia, ya que hay más ondas que contribuyen a la interferencia constructiva.
¿Por qué la luz disminuye en intensidad a medida que se aleja del centro en un patrón de interferencia?
-La luz disminuye en intensidad a medida que se aleja del centro debido a que la probabilidad de que las ondas de luz de diferentes agujeros se encuentren en fases coherentes disminuye, lo que reduce la interferencia constructiva y aumenta la destructiva.
¿Cómo se mide la distancia entre los agujeros en una rejilla de difracción?
-La distancia entre los agujeros en una rejilla de difracción se mide en líneas por centímetro, lo que indica el número de agujeros o las partes que bloquean la luz en una distancia de un centímetro.
Outlines
🔬 Experimento de Interferencia con Ranuras Dobles
El primer párrafo explica el experimento de interferencia de luz utilizando ranuras dobles. Al dirigir un láser verde a través de una placa con ranuras dobles, se observan patrones de interferencia en la pantalla, donde se ven puntos brillantes difuminados y puntos oscuros entremezclados. Esto dificulta la medición precisa de ángulos y distancias, y la visibilidad de los puntos disminuye hacia el exterior. La solución propuesta es aumentar el número de agujeros a intervalos regulares, lo que resultaría en puntos de luz más definidos y brillantes en la pantalla.
🌟 Mejorando la Definición de los Puntos de Interferencia
El segundo párrafo profundiza en cómo la interferencia mejora al incrementar el número de agujeros. Se describe el proceso de interferencia constructiva y destructiva entre las ondas de luz provenientes de múltiples agujeros. Se explica que al tener muchos agujeros separados por una distancia d, se generan puntos de luz muy definidos en la pantalla, lo que facilita la medición de ángulos y distancias. Además, se discute cómo la interferencia constructiva ocurre cuando las ondas de diferentes agujeros llegan a la pantalla en puntos de su ciclo coincidentes, mientras que la interferencia destructiva ocurre cuando las ondas llegan en puntos opuestos del ciclo.
📏 La Rejilla de Difrazione y su Eficacia en la Interferencia
El tercer párrafo introduce la rejilla de difracción como una mejora sobre las ranuras dobles. Se describe cómo la rejilla, al tener muchos agujeros, produce puntos de luz brillantes y definidos que facilitan la medición. Se explica que, a pesar de la complejidad de tener muchos agujeros, la matemática de la interferencia constructiva sigue siendo aplicable. La rejilla de difracción permite ver puntos más brillantes y definidos, lo que es útil para experimentos de interferencia de luz.
🔍 Detalles Técnicos de la Rejilla de Difracción
El cuarto párrafo aborda los detalles técnicos de la rejilla de difracción, mencionando que los agujeros están medidos en líneas por centímetro. Aunque la cantidad de agujeros puede complicar la matemática, la relación fundamental de interferencia constructiva se mantiene. La fórmula D por el seno de teta igual a m por la longitud de onda se aplica para determinar los puntos de interferencia constructiva en la rejilla de difracción, lo que permite la predicción precisa de los patrones de interferencia.
Mindmap
Keywords
💡Interferencia
💡Ranuras dobles
💡Puntos brillantes y oscuros
💡Rejilla de difracción
💡Longitud de onda
💡Difracción
💡Puntos de interferencia constructiva
💡Puntos de interferencia destructiva
💡Ángulo de la onda
💡Delineación de puntos
Highlights
Las ranuras dobles son útiles para observar patrones de interferencia de luz.
Al dirigir un láser verde a través de una ranura doble, se pueden ver puntos brillantes difuminados en la pantalla.
Los puntos oscuros entre los brillantes dificultan la medición de ángulos y distancias en el experimento.
La luz en los puntos brillantes disminuye en intensidad alejándose del centro, lo que puede hacer difícil su observación.
Agregando más agujeros a una ranura doble puede mejorar la definición y brillo de los puntos de interferencia.
Cuando hay muchos agujeros separados por una distancia d, se producen puntos de interferencia constructiva en la pantalla.
La interferencia constructiva ocurre cuando las ondas de luz de diferentes agujeros viajan distancias enteras de longitudes de onda.
La interferencia destructiva ocurre cuando las ondas de luz de diferentes agujeros no coinciden en sus puntos máximos o mínimos.
Con muchas ranuras, los puntos de interferencia constructiva son más definidos y brillantes, facilitando la medición.
La intensidad de los puntos brillantes aumenta con el número de agujeros, permitiendo ver más puntos alejados del centro.
La rejilla de difracción, con múltiples agujeros, es superior a la ranura doble para observar patrones de interferencia.
La rejilla de difracción permite una precisión mayor en la medición de los puntos de interferencia constructiva.
El número de agujeros en una rejilla de difracción se mide en líneas por centímetro, y puede tener miles de líneas.
A pesar de la complejidad de tener muchos agujeros, los cálculos de interferencia siguen siendo válidos.
La fórmula d por el seno de teta igual a m por la longitud de onda se mantiene para la rejilla de difracción.
La rejilla de difracción es una herramienta útil en la física para observar y medir patrones de interferencia de luz.
Transcripts
las ranuras dobles son muy buenas porque
nos muestran definitivamente que la luz
puede tener patrones de interferencia si
dirigi un láser verde a través de esto
lo que veríamos en la pantalla sería
algo como esto tenemos estos puntos
brillantes pero están difuminados entre
sí tenemos puntos oscuros que están como
mezclados un poco con los puntos
luminosos y es por eso que podemos
dibujar una representa gráfica de esta
forma en donde cada punto se mezcla con
el siguiente lo cual se ve bien pero no
es muy agradable ya que si nosotros
queremos realmente hacer este
experimento vamos a querer medir algunos
ángulos lo que significa que tendremos
que medir algunas distancias la
distancia de la rejilla hacia la
pantalla que me dará este lado del
triángulo y también querré medir la
distancia entre alguno de estos dos
puntos brillantes qué es lo que puedo
ver pero como está difuminados nos va a
ser difícil encontrar el centro Exacto
del punto a veces la luz no es tan
brillante y es muy difícil encontrar
este punto y lo peor es que estos puntos
se van haciendo menos luminosos conforme
se alejan del centro y ese es otro
problema a veces tendremos suerte de ver
el quinto o sexto punto brillante
alejados del centro Así que Mi pregunta
es habrá alguna forma mejor de hacer
esto hay alguna forma de hacer que estos
puntos se definan mejor de manera que
podamos verlos más brillantes y más
cantidad de ellos y La respuesta es sí
veamos cómo hacerlo lo que tenemos que
hacer es poner más agujeros si tenemos
estos agujeros que están separados una
distancia de voy a hacer otro agujero a
la misma distancia y después haré otro
agujero a la misma distancia y así
seguiré haciendo agujeros puedo hacer
cientos o incluso miles de agujeros así
separados la misma distancia
que se encuentran extremadamente juntos
y siempre que estén separados una
distancia d algo mágico va a ocurrir si
tenemos todos estos agujeros separados
una distancia de entre sí lo que
tendremos en la pared no va a ser este
patrón todo borroso lo que vamos a
obtener es un punto justo aquí luego
oscuridad y después otro punto luego
oscuridad y otro punto y verán que esto
continúa mucho más alejado del centro de
lo que creíamos posible por qué bueno
vamos a hablar de esto Cómo es que
podemos ver este patrón así la primera
onda que sale de este primer agujero va
a viajar cierta distancia hacia la
pantalla y digamos que aquí tenemos un
punto donde hay interferencia
constructiva y digamos que tenemos estos
dos agujeros para comenzar dos agujeros
nuestra doble ranura ahorita no vamos a
tomar en cuenta todos estos agujeros de
abajo llega dos ondas que vienen de dos
agujeros y digamos que este punto
brillante corresponde a Delta x igual a
una longitud de onda En otras palabras
este será el punto de interferencia
constructiva en donde la segunda onda de
este segundo agujero o segunda ranura
viaja una longitud de onda más comparada
con la Onda del primer agujero y lo que
significa es que si yo dibujo con
cuidado una línea de aquí a acá en
ángulo recto significa que este
fragmento de la segunda onda será la
longitud de la ruta extra Y esto es una
longitud de onda y ya que esta segunda
onda Va a estar viajando una longitud de
onda más este punto tendrá una
interferencia constructiva si yo
dibujara mi onda Va a coincidir
perfectamente Aquí está mi onda y
digamos que la onda del primer agujero o
la primera ranura resulta que está en
este punto particular en su
imaginemos que esta primera onda llega a
este punto justo en esta parte de su
ciclo la segunda ranura ya que está
viajando una longitud de onda más va a
llegar a la pantalla en este punto de su
ciclo ambas están llegando al mismo
punto la primera onda llega en este
punto de su ciclo y la segunda onda
llega en este punto de su
ciclo cuando estas se sobreponen ya que
son dos ondas diferentes que se están
sobreponiendo en el mismo punto tendrán
interferencia constructiva ya que el
pico coincide con el pico de la otra y
si el valle coincide con el valle
también será constructiva qué pasa con
la tercer ranura o el tercer agujero
aquí es donde se empieza a poner
interesante esto la onda del Tercer
agujero va a estar viajando esta
distancia Qué tan lejos viajó comparada
con la segunda onda pues hacemos lo
mismo que hicimos hace un momento viajó
esta distancia y y esto tiene el mismo
ángulo que aquí arriba por lo tanto esta
será la misma distancia que teníamos
aquí arriba una longitud de onda y
recordemos que encontramos esta fórmula
d por el seno de teta es la diferencia
en la longitud de la ruta y teta es el
mismo para todos Así que puedo
considerar estas dos como una doble
ranura la tercera viaja a una longitud
de onda más que la segunda Pero qué
tanto más recorrió comparada con la
primera onda continuamos esta línea
hacia abajo y vemos que viaja dos
longitudes de onda más lejos la onda que
sale del Tercer agujero viaja dos
longitudes de onda más lejos que la
primera onda la segunda y la tercera van
a ser constructivas ya que están
separadas solamente una longitud de onda
y la tercera y la primera también van a
ser constructivas ya que están separadas
dos lambda son múltiplos enteros de
lambda Y eso quiere decir que coinciden
sus Valles con sus Valles y sus picos
con sus picos si la primera onda llega a
este punto aquí la onda de la segunda
ranura llega aquí y la onda de la
tercera ranura viaja dos longitudes de
onda más por lo que va a llegar en el
tercer pico todas van a estar
sobreponiéndose en el mismo punto de su
ciclo por lo que vamos a tener
interferencia constructiva y podemos
seguir haciendo esto para las demás
ranuras aquí también vamos a tener
interferencia constructiva la onda de la
cuarta ranura va a viajar una longitud
de onda más que la onda de la tercera
ranura dos longitudes de onda más que la
onda de la segunda ranura y tres
longitudes de onda más que la de la
primera ranura Pero todas se van a
alinear y se van a traslapar
perfectamente por lo que tendremos un
punto extremadamente brillante aquí ya
que tenemos más ondas que están haciendo
interferencia constructiva Aquí y ahora
Esta es la parte donde comienza a
ponerse extraño tienen que poner mucha
atención porque a mí esta es la parte
que más trabajo me costó comprender
cuando lo estudié pues no tenía ningún
sentido para mí así que pongan atención
Esta es la parte extraña si nos
desviamos ligeramente de este punto
constructivo si yo me voy un poquito más
arriba de aquí veamos Qué pasa acá la
onda de la primera ranura va a viajar
esta distancia y y la onda de la segunda
ranura va a viajar esta distancia hasta
acá la diferencia en la longitud de la
ruta no va a ser una longitud de onda
digamos que la diferencia en la longitud
de la ruta es de
1.1 longitudes de
onda digamos que la onda de la segunda
ranura no estará viajando una longitud
de onda más que la primera estará
viajando 1.1 longitudes de onda más que
la anterior más que la primera onda Y si
la primera onda llega a la pantalla en
este
punto la segunda onda Va a llegar a la
pantalla no en ese mismo punto de su
ciclo sino a 1.1 longitudes de onda
después y si dibujo todo esto por acá me
voy a quedar sin espacio voy a ponerlo
acá ya que todas estas son los mismos
puntos en el ciclo el ciclo se repite
una y otra vez
1.1 longitudes de onda será más o menos
por aquí la segunda onda va a llegar en
este punto en su ciclo y se van a
traslapar pues podemos decir que es
parcialmente constructiva Y si solo
hubiéramos estos dos puntos quizás
tuviéramos un punto algo brillante
aquí pero si continuamos veamos Qué
sucede la onda del Tercer agujero
también viaja hasta acá qué tanto más
lejos viajó bueno viajó 1.1 longitudes
de onda más que la segunda onda pero
viajó 1.1 + 1.1 longitudes de onda más
que la onda de la primera ranura por lo
que viajó 2.2 longitudes de onda más
allá que la primera
onda Vamos a aclarar mejor esto hago lo
mismo que hice con los ejemplos
anteriores aquí dibujo una línea con
ángulo recto y está un poquito más
alejada Así que la dibujo un poquito más
lejos la segunda onda viaja un pun un
longitudes de onda más que la primera
onda la onda de la tercera ranura viaja
1.1 longitudes de onda más que la onda
de la segunda ranura Pero va a viajar
1.1 má 1.1 longitudes de onda comparada
con la Onda de la primera ranura por lo
que esta Va a viajar 2.2 longitudes de
onda desde la tercera ranura al menos
comparada con lo de la primera ranura En
qué parte de su ciclo llegará la
pantalla tenemos una dos longitudes de
onda 2.2 estará un poquito más lejano no
hasta el fondo pero más lejos que estos
dos así que será en este punto por aquí
podemos seguir haciendo esto vamos a ver
qué pasa hagamos un par más esta onda
tiene que viajar esta distancia y
seguramente ustedes ya están viendo el
patrón la onda que pasa por la cuarta
ranura va a tener que viajar 1.1
longitudes de onda más lejos que la onda
de la tercer tercera ranura tendrá que
viajar 2.2 longitudes de onda más lejos
que la onda de la segunda ranura y
viajará 3.3 longitudes de onda más que
la onda de la primera ranura Y si
comparo la posición del ciclo de esta
onda con la primera será 3.3 longitudes
de onda más 1 2 3 Así que va a estar por
aquí y aquí estará el punto cuatro el
punto cco tendré otro en el punto seis
otro en el punto si en el punto ocho en
el punto nue y en el punto 10 habré
recorrido toda una longitud de onda
completa qué va a hacer esto si todas
estas ondas se traslapan entre sí en
este punto que está un poquito más
alejado de este otro punto Qué veremos
aquí pues podemos emparejar esto este
punto y este punto van a tener una
interferencia completamente destructiva
uno está en el máximo el otro está en el
mínimo uno en el pico otro en el valle
se van a aniquilar y podemos seguir
haciendo estas parejas este de aquí y
este de acá también se van a destruir y
podemos seguir haciendo esto con todas
las parejas de puntos así de manera que
siempre encontremos un punto que tenga
interferencia destructiva con otro Y eso
significa que no vamos a tener luz
alguna en este punto Aunque estemos un
poquito alejados de este punto mágico
donde tenemos interferencia constructiva
lo que significa es que en lugar de
tener un borrón en lugar de tener este
patrón este patrón borroso vamos a tener
en los puntos brillantes un punto en
cada uno de los puntos de interferencia
constructiva un punto brillante y
tendremos oscuridad entre estos puntos
brillantes lo que es genial ya que esto
nos facilita la medición Esta es una
cosa buena y esto se debe al hecho de
que si tenemos cientos o incluso miles
de agujeros
con que nos desviemos tantito del punto
donde hay interferencia constructiva
debido a que estos Nunca van a coincidir
perfectamente ya que conforme vamos
teniendo agujeros ninguno de estos va a
coincidir de manera constructiva con
algún otro van a ser siempre
destructivos el segundo va a tener
interferencia destructiva con alguno
otro el tercero también y el cuarto
también así
sucesivamente siempre tendremos alguna
pareja destructiva por lo que tendremos
entre estos puntos de luz y como les
comentaba a mí al principio esto se me
complicó no lo entendía tuve que verlo
varias veces para comprenderlo si esto
no los convence a ustedes Les recomiendo
que traten de hacer el experimento
físicamente o grafiquen y hagan los
cálculos yo aquí he tratado de
explicarles esto lo mejor que puedo pero
es un tema un poco complicado pero esta
es la
idea Así que estos agujeros son
geniales nos dan puntos que están
espaciados y perfectamente delineados
Ahora sí si quiero medir esta distancia
puedo medirla con precisión ya que tengo
puntos que me indican exactamente En
dónde está la interferencia constructiva
Esta es una cosa buena y la segunda cosa
buena es que como tengo tantas ranuras
esos puntos brillantes van a durar más
tiempo y podré ver mejor a algunos que
no veía antes podré ver más puntos
brillantes a los lados al menos
comparados con el otro patrón que era
muy borroso tengo más agujeros que están
interactuando y por lo tanto tendré
puntos más intensos los puntos están
mejor delineados y son más brillantes
Así que a esto le damos un nombre
especial ya que es bastante útil en
lugar de tener la doble ranura estos
agujeros múltiples son mucho mejores y a
esto le llamamos rejilla de
difracción rejilla de difracción es
mejor que la doble ranura ya que nos
permite ver mejor los puntos más
definidos y más
brillantes Cuántos agujeros debemos
tener en la rejilla de difracción
típicamente estos se miden en líneas por
centímetro y por líneas entendemos los
agujeros por los que pasan las ondas es
decir agujeros por centímetro o quizás
también podrían ser la las partes que
bloquean la luz las líneas pero no
importa típicamente tendremos miles de
líneas por centímetro en una rejilla de
difracción así de pequeños son los
espacios entre estos agujeros y quizás
ustedes se preocupen de que aquí se
complique la matemática ya que tenemos
todos estos agujeros resulta que no esta
es la mejor parte esta relación se sigue
manteniendo todos los cálculos que
hicimos con anterioridad sirven para
esta configuración y debido a que todas
estas se alinean para los puntos buenos
los puntos Mágicos en donde todo se
traslapa de tal manera que hacen una
interferencia constructiva perfecta no
importa cuántos agujeros tengamos aquí
todos van a estar interfiriendo
constructivamente de manera perfecta así
que tenemos la misma ecuación la que
encontramos antes de D por el seno de
teta es igual a m por la longitud de
onda esto nos sigue dando los puntos
constructivos
en los patrones de interferencia
constructiva en una rejilla de
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