Doble ranura de Young. Parte 1 | Ondas de luz | Física | Khan Academy en Español
Summary
TLDREl experimento de la doble ranura, propuesto por el físico inglés Jong, demuestra cómo la luz se comporta como una onda. Al dirigir un láser hacia dos ranuras cercanas, se observa un patrón de interferencia en lugar de solo dos puntos brillantes. Esto se debe a la difracción y la superposición de ondas, creando puntos brillantes y oscuros en una pantalla. La interferencia constructiva y destructiva depende de la alineación de los picos y valles de las ondas, lo que resulta en un patrón clásico que ilustra la naturaleza ondulatoria de la luz.
Takeaways
- 🔬 El experimento de la doble ranura demuestra la naturaleza ondulatoria de la luz.
- 💡 Se utiliza un láser para dirigir luz hacia dos ranuras muy cercanas entre sí.
- 📏 La distancia entre las ranuras debe ser comparable a la longitud de onda de la luz para observar el patrón de interferencia.
- 🌊 La luz que pasa por las ranuras se difracta, propagándose en dos dimensiones.
- ✨ En lugar de obtener solo dos puntos brillantes, se forma un patrón de interferencia en la pantalla.
- 🔄 La interferencia puede ser constructiva (puntos brillantes) o destructiva (puntos oscuros).
- 📈 El patrón de interferencia se representa gráficamente, mostrando puntos de brillo que disminuyen hacia los extremos.
- 📏 La diferencia en la longitud de las rutas de las ondas determina si la interferencia es constructiva o destructiva.
- ⚖️ La condición para la interferencia constructiva es que la diferencia de longitud de las rutas sea múltiplo de la longitud de onda.
- 🔍 El experimento ilustra principios fundamentales de la física de ondas y la naturaleza de la luz.
Q & A
¿Qué es el experimento de la doble ranura?
-Es un experimento que demuestra la naturaleza ondulatoria de la luz, donde un láser se dirige hacia una barrera con dos ranuras, produciendo un patrón de interferencia en una pantalla.
¿Por qué se utilizan ranuras en lugar de agujeros más grandes?
-Las ranuras son lo suficientemente pequeñas y cercanas para que la luz se comporte como una onda y se produzca un patrón de interferencia, lo que no ocurriría con agujeros más grandes.
¿Qué ocurre con la luz al pasar por las ranuras?
-La luz se difracta al pasar por las ranuras, lo que significa que se propaga en varias direcciones en lugar de seguir una línea recta.
¿Qué es la difracción?
-La difracción es el fenómeno por el cual las ondas se propagan y se dispersan al pasar por una apertura o alrededor de un obstáculo.
¿Cómo se forma el patrón de interferencia en la pantalla?
-El patrón se forma por la superposición de ondas que pasan por las dos ranuras; donde las ondas se alinean constructivamente se ven puntos brillantes, y donde se alinean destructivamente se ven puntos oscuros.
¿Qué representan los picos y valles en la representación de la onda?
-Los picos representan los máximos de la onda, mientras que los valles representan los mínimos. La alineación de picos y valles determina si la interferencia es constructiva o destructiva.
¿Cuál es la regla de interferencia de ondas en dos dimensiones?
-La regla establece que la diferencia en la longitud de las rutas de las ondas debe ser un múltiplo entero de la longitud de onda para que haya interferencia constructiva.
¿Qué condiciones deben cumplirse para que las fuentes de luz estén en fase?
-Ambas fuentes de luz deben emitir ondas que estén sincronizadas, es decir, que los picos de las ondas coincidan en el tiempo.
¿Cómo se determina la diferencia de longitud de las rutas en el experimento?
-La diferencia de longitud se calcula como la distancia que cada onda recorre desde su fuente hasta un punto en la pantalla, y se representa como Delta x.
¿Qué sucede con los puntos de interferencia a medida que nos alejamos del centro?
-Los puntos de interferencia se vuelven más débiles a medida que nos alejamos del centro, hasta que eventualmente se desvanecen y son difíciles de ver.
Outlines
🔬 El Experimento de la Doble Ranura
Este párrafo introduce el experimento de la doble ranura propuesto por el físico inglés Jong. Se explica cómo se utiliza un láser dirigido hacia dos ranuras muy juntas, y se discute la importancia del tamaño de las ranuras en relación con la longitud de onda de la luz. Se menciona que la luz no se comporta de manera lineal al pasar por las ranuras, lo que lleva a la formación de un patrón de interferencia en lugar de solo dos puntos brillantes. Se introduce el concepto de difracción y se describe cómo las ondas se propagan en dos dimensiones, generando un patrón complejo en la pantalla de proyección.
🌈 Interferencia Constructiva y Destructiva
En este párrafo se profundiza en el patrón de interferencia que se forma en la pantalla. Se explica cómo las ondas que emergen de las ranuras se superponen, creando puntos brillantes y oscuros. Se menciona que la alineación de picos de ondas genera interferencia constructiva, mientras que la alineación de picos con valles produce interferencia destructiva. Se describe gráficamente cómo la intensidad del brillo varía, con puntos brillantes en el centro que disminuyen hacia los extremos, y se establece que este patrón es característico del experimento de doble ranura.
📏 Reglas de Interferencia de Ondas
Este párrafo aborda las reglas de interferencia de ondas en dos dimensiones, comparándolas con las de una dimensión. Se explica la importancia de que ambas fuentes de ondas estén en fase para que se produzca interferencia constructiva. Se introduce la diferencia de longitud de las rutas recorridas por las ondas desde las ranuras hasta un punto en la pantalla, y se establece que la interferencia constructiva ocurre cuando esta diferencia es cero o múltiplos de la longitud de onda. Se discuten también las condiciones para la interferencia destructiva, proporcionando un marco matemático para entender el fenómeno.
Mindmap
Keywords
💡Doble ranura
💡Físico inglés
💡Láser
💡Difracción
💡Interferencia
💡Picos y valles
💡Longitud de onda
💡Fase
💡Pantalla
💡Diferencia de longitud de ruta
Highlights
El experimento de la doble ranura fue propuesto por el físico inglés Jong Lucía.
Se utiliza un láser dirigido hacia dos ranuras muy juntas para observar la luz.
La distancia entre los agujeros debe ser comparable a la longitud de onda de la luz.
La luz no se propaga en línea recta, sino que se difracta al pasar por las ranuras.
La interferencia de las ondas genera un patrón en la pantalla, no solo dos puntos brillantes.
La superposición de ondas crea puntos brillantes y oscuros en la pantalla.
La interferencia constructiva ocurre cuando los picos de las ondas se alinean.
La interferencia destructiva sucede cuando un pico se encuentra con un valle.
El patrón de interferencia se representa gráficamente con puntos brillantes y oscuros.
La intensidad del brillo disminuye hacia los extremos del patrón.
La diferencia en la longitud de las rutas de las ondas es crucial para la interferencia.
Los puntos constructivos se forman cuando la diferencia de longitud es múltiplo de la longitud de onda.
La interferencia destructiva se produce en puntos donde la diferencia es media longitud de onda.
El experimento demuestra la naturaleza ondulatoria de la luz.
La representación gráfica del patrón de interferencia es fundamental para entender el fenómeno.
Transcripts
el experimento de la doble ranura de
Jong Lucía como esto tenemos una barrera
con dos agujeros Pero estos agujeros son
tan pequeños y están tan juntos que los
describimos como ranuras es doble porque
hay dos de estos Jong fue un físico
inglés A quien se le ocurrió por primera
vez realizar un experimento de este tipo
lo que hacemos Es tomar un láser y lo
dirigimos hacia la doble ranura ahora la
luz del láser tiene que ser lo
suficientemente ancha como para que
llegue a ambas ranuras quizás ustedes
piensen que necesitamos un láser grande
pero no es así ambas ranuras las ponemos
muy juntitas Esta es una de las razones
la otra razón es que la distancia entre
ambos agujeros tiene que ser comparable
No necesariamente idéntico o más pequeño
pero tiene que ser parecido al tamaño de
esta onda no puede ser mucho mayor que
la longitud de onda de esta onda de otra
forma No veremos el interesante patrón
que se va a dar con esta configuración Y
ustedes se preguntarán Bueno qué estoy
dibujando aquí qué es esto Esto no es
una onda Esto sí es una onda al menos
así es como las conocemos pero aquí
tenemos una representación diferente y
la razón de esto es que cuando dibujo
Esto me permite mostrar una onda en una
dimensión Pero esto no es suficiente
pues nuestro proceso va a ser
fundamentalmente en dos dimensiones por
lo que no No puedo dibujarlo así esta
línea de acá representa un pico de la
onda todos estos son picos de las ondas
pueden imaginarse esta onda llenando
toda esta región estas líneas
representan aquella parte de la onda En
donde hay un pico que haya la mitad de
esto pues tendremos la parte más baja de
la onda su valle Y esto es lo que vamos
a usar vamos a usar esta representación
de una onda para Mostrar cómo se esparce
esta onda en dos dimensiones Qué sucede
Pues esta onda se acerca esta parte toca
la Barrera y no la puede atravesar esta
parte toca la Barrera y tampoco la
atraviesa la única parte de la onda que
puede pasar por la Barrera es esta de
aquí y esta otra de acá Estas son las
únicas que van a poder pasar la Barrera
Y qué es lo que veremos en la pared de
acá pueden imaginarse que es una
pantalla en donde se proyecta la luz qué
es lo que veremos bueno en un primer
momento nos podríamos imaginar que ya
que la luz pasa por acá tendremos aquí
un punto brillante y como la luz también
pasa por acá Aquí habrá otro punto
brillante por lo que tendremos Solo dos
puntos con luz pero esto no es así y esa
es la razón por la que este experimento
es tan interesante ya que no obtendremos
dos puntos brillantes tendremos un
patrón aquí porque las ondas no van a
pasar en línea recta a través de este
agujero siempre que se encuentra en un
agujero o alguna esquina se van a
propagar y a esto le llamamos difracción
Tendremos una onda que se va a propagar
por acá no va a ir en línea recta se va
a propagar en dos dimensiones por eso
tengo que usar este dibujo de onda para
ilustrar esto y como se van a propagar
desde ambos agujeros qué es lo que
tenemos aquí chispas se están
sobreponiendo estas ondas se van a
traslapar Y en donde se traslapen de
manera con tiva tendremos un punto
brillante Y en donde se traslapen de
forma destructiva tendremos un punto de
oscuridad Así que más o menos la mitad
será constructivo y la otra mitad será
destructivo por lo que quizás tendremos
un punto medianamente brillante Cómo es
que va a resultar este patrón bueno no
puedo dibujar esto lo suficientemente
preciso por lo que permítanme quitar
todo esto y en el agujero de abajo vamos
a tener esto un bonito patrón esférico
que va a salir de acá y quizás no tenga
la misma intensidad de acá pero no puedo
dibujarlo con la intensidad exacta la
intensidad de lo que pase por el agujero
de arriba será un poquito menor que el
de aquí abajo pero esta es la forma en
como visualizamos su distribución ambas
ondas se esparcen tanto en el agujero de
abajo como en el agujero de arriba y
ahora se van a traslapar aquí están las
dos las ondas que se traslapen en la
misma región tendrán interferencia conr
y destructiva y si se fijan Recuerden
que estas líneas representan los picos
Así que cada vez que un pico se alínea
con otro pico o en la parte de medio un
valle con otro Valle cada vez que la
onda esté en fase exacta al llegar a
este mismo punto tendremos interferencia
constructiva Así que justo en el medio
tendremos un punto muy brillante lo que
es bastante extraño justo en medio de
estos agujeros tendremos un punto muy
brillante an qué más bueno fíjense en
esto Esto es constructivo constructivo
Todas estas son constructivas y forman
una línea una línea de pura
interferencia constructiva lo mismo esto
es constructivo constructivo todas estas
me forman otra línea de interferencia
constructiva Así que en la pantalla
tendremos varios puntos brillantes Todas
estas son constructivas porque los picos
están alineando perfectamente Aquí tengo
otro y vamos a tener todos estos puntos
brillantes en la pared no van a durar
para siempre es decir en algún punto se
van a desvanecer y van a ser difíciles
de ver veremos algunos puntos muy
brillantes por el medio pero hacia los
extremos van a ir disminuyendo hasta que
ya casi no los podamos ver y en el medio
en cualquier punto en donde un pico se
alinee con un valle Este es un pico Pero
para la otra onda está justo en medio es
un valle en este punto tenemos
interferencia destructiva ya que un pico
está coincidiendo con un valle Esto será
destructivo esto también así que aquí en
medio tendremos puntos destructivos aquí
tendremos lo mismo una interferencia
destructiva entre estos puntos
perfectamente
alineados entre estos tendremos puntos
que son la mitad constructivo y la mitad
destructivo se van a unir y lo que vamos
a tener Es algo que los físicos les
gusta representar de forma gráfica
tendremos un punto muy brillante en el
medio esta gráfica representa la
intensidad del brillo de los puntos
tenemos un punto brillante va hacia cero
tenemos otro punto brillante Y de nuevo
bajamos a cero y tenemos otro punto aquí
conforme nos vamos alejando del centro
se van a hacer más débiles estos puntos
hasta que llegará un momento en el que
no los podamos ver Lo mismo de este lado
cero punto brillante cero punto
brillante Este es el patrón clásico del
experimento de doble ranura de Jong es
lo que vemos en la pared y es ocasionado
por la interferencia entre las ondas en
dos dimensiones Cuál es la regla de
interfer encia de ondas en dos
dimensiones es la misma regla que la
interferencia de ondas en una dimensión
es esta recuerden cuando vimos el caso
de una dimensión Delta x la diferencia
entre la longitud de la ruta tiene que
ser 0 lambda 2 lambda 3 lambda y así
sucesivamente todos estos nos darán
interferencia constructiva Y si pusieron
atención me pueden decir a ver un
momento aquí había una condición esto se
cumplía si no había ninguna cuestión
extraña con la parte de atrás de la
bocina tenemos que asegurarnos que ambas
Fuentes estén en fase desde el inicio y
esto también se cumple para estas
longitudes de onda y es por eso que
hacemos la doble ranura tomamos una onda
Y esa onda pasa por aquí y se va a
descomponer en dos partes por qué Pues
porque si sabemos que un pico está
pasando por el agujero de arriba
tendremos la misma onda que pasa por el
agujero de abajo y también emos un pico
al mismo tiempo esta es una forma rápida
y sencilla de asegurarnos de que ambas
Fuentes que pasan por estos dos agujeros
están en fase exacta no Tendremos que
preocuparnos por alguna diferencia de
fase causada por una de las fuentes solo
Tendremos que preocuparnos por el hecho
de que estas ondas van a tener que
viajar diferentes distancias a
diferentes puntos a qué me refiero con
esto Esta diferencia de longitud del
recorrido aquí si yo la veo desde esta
línea de arriba o de este agujero de
arriba que se parecen a nuestras bocinas
una fuente aquí y otra fuente acá pero
tenemos luz en lugar de ondas de sonido
de aquí al centro hay un punto brillante
la onda de la parte de arriba tiene que
recorrer cierta distancia y del agujero
de abajo hasta acá la onda También tuvo
que viajar cierta distancia básicamente
a esto le llamamos x1 esta longitud es
x2 y la diferencia en la longitud de las
rutas serán x1 - x2 es la diferencia
entre estas s podríamos tomar el valor
absoluto pero el tamaño de la diferencia
entre estas dos longitudes de ruta justo
en el centro Cuál será Pues será Delta x
= 0 ya que ambas ondas están viajando a
la misma distancia para llegar a este
punto eso tiene sentido es un punto
constructivo ya que cero nos da una
interferencia constructiva esto lo
tendremos cuando la diferencia entre las
longitudes de rutas sea igual a cer0 qué
pasa con el siguiente punto bueno la
onda de abajo tiene que viajar así de
lejos y la onda de arriba tiene que
viajar esta distancia en este caso las
ondas no están recorriendo la misma
distancia la onda de abajo tiene que
recorrer más distancia cuánto más lejos
Pues tiene que ser la siguiente tiene
que ser lambda la onda de abajo va a
tener que estar viajando una longitud de
onda más que la onda de arriba ya que
esta es la siguiente posibilidad para la
interferencia constructiva noten que no
es de aquí a acá y este es un error
común esta distancia entre dos puntos
constructivos no es una longitud de onda
es la diferencia entre la longitud de la
ruta que una de las ondas tiene que
recorrer en comparación de la otra eso
es una longitud de onda y yo creo que
ustedes ya adivinaron Cuál es la
siguiente La siguiente va a ser Delta x
= 2 lambda y podemos continuar de esta
manera qué va a pasar con los puntos
destructivos bueno sabemos cómo hacer
Esto va a ser la mitad de la longitud de
onda este va a ser lambda entre 2 este
va a ser 3 lambda entre 2 y así
sucesivamente aquí abajo lo que vamos a
tener Es que si nos deshacemos del
símbolo de valor absoluto veremos que
esta Delta x va a ser igual a - 1 lambda
este será - 2 lda y así sucesivamente
Así que podremos tener valores negativos
Si queremos notar el hecho de
diferenciar los puntos más bajos de los
más altos dependiendo del patrón de
interferencia
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