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Interferencia de ondas luminosas: experimento de Young.

 Elaborador por: Dr. Pablo Valdés Castro, Dr. José Alberto Gregorio Alvarado Lemus, Dr. Jose Bibiano Varela Nájera, Dr. José Manuel Mendoza Román, M.C. Levy Noé Inzunza Camacho


Objetivo: Reproduce en un simulador el experimento de Young y determina la longitud de onda de luz de diferentes colores.


En las figuras 4.8, 4.9 y 4.10 del libro de texto de Óptica se muestran los diagramas de interferencia producidos por ondas que se propagan en la superficie del agua procedentes de dos emisores. En la Práctica 1 también se obtienen dichos diagramas utilizando un simulador. En esos casos las frecuencias de las ondas que se combinan son exactamente las mismas y por eso los diagramas obtenidos son estables. Sin embargo, disponer de dos emisores de luz independientes que emitan ondas de frecuencias exactamente iguales es prácticamente imposible. Incluso dos punteros láser producidos por el mismo fabricante, en general no emiten luz exactamente de la misma frecuencia. Ya en 1802 Thomas Young ideó un experimento que permite superar esta dificultad. El esquema del experimento se muestra en la figura 4.11 del libro de texto.

1. Repasa el apartado 4.2 del libro de texto. Explica con tus palabras por qué para obtener un patrón estable de interferencia de dos ondas se requiere que: a) la frecuencia de ambas sea la misma y b) dicha frecuencia permanezca constante.

2. Accede a la dirección:

http://www.physicsclassroom.com/PhysicsClassroom/media/interactive/YoungsExperiment/index.html

El simulador reproduce una versión del experimento de Young en la que se emplea un láser. La pantalla muestra un emisor de luz láser roja que atraviesa dos rendijas verticales practicadas en una pantalla. Cada una de estas rendijas actúa como un emisor de luz. Los haces procedentes de ellas se superponen al llegar a otra pantalla, dando lugar a un diagrama de franjas de interferencia. Debajo aparece el diagrama de interferencia extendido horizontalmente y una escala graduada en centímetros que permite medir la separación entre las franjas de interferencia. Haciendo clic sobre el emisor láser, este puede emitir alternativamente luz roja, verde o azul. Mediante clics también es posible variar la separación entre las rendijas. La pantalla donde se forma el diagrama de interferencia puede arrastrarse con el puntero del ratón y variar así la distancia a las rendijas.

¿Qué forma aproximada tiene la pequeña porción del frente de onda de la luz que llega a las rendijas? ¿Tendrán la misma frecuencia los haces luminosos que emergen de ellas? Explica. ¿Cuáles de las franjas del diagrama de interferencia corresponden a interferencia constructiva y cuáles a destructiva?

Experimentando con el simulador, investiga cualitativamente qué relación hay entre el espaciado de las franjas de interferencia y: a) la distancia de las rendijas a la pantalla donde se forma el diagrama, b) la separación entre las rendijas, c) el color de la luz. Resume tus conclusiones.

3. Haz clic en el emisor láser de modo que la luz sea roja, establece la separación mínima entre las rendijas que permite el simulador, y la mayor distancia entre ellas y la pantalla. Hacia el centro del diagrama se observan claramente 5 franjas brillantes. Mide la distancia entre el centro de la primera de ellas y el centro de la quinta y determina la separación entre las franjas. A partir de ese resultado y los demás datos proporcionados por el simulador, calcula la longitud de onda de la luz emitida por el láser. Si tienes dificultad, repasa el ejemplo 4.5 del libro de texto. Por supuesto, como en cualquier medición, el resultado está afectado de cierta incertidumbre. ¿Cuál consideras que es la mayor fuente de esa incertidumbre?

4. Repite la medición y los cálculos anteriores para la luz verde y azul. ¿En cuál de los tres casos, rojo, verde o azul, la incertidumbre relativa en resultado de la longitud de onda será menor? ¿En cuál mayor? Explica.

5. Busca en Wikipedia “Espectro visible” y comprueba si los valores obtenidos por ti para las longitudes de onda de los colores rojo, verde y azul, están comprendidos en los rangos de valores de dichos colores reportados por esa enciclopedia.

6. Confecciona un informe del trabajo realizado con las respuestas a las preguntas formuladas, las fórmulas utilizadas, los resultados numéricos obtenidos y unas conclusiones.

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