ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Curso 2016-17

PRINCIPIO DE HUYGENS Frente de ondas: formado por los puntos con el mismo estado de vibración ( en fase) Distancia entre dos frentes de onda es una longitud de onda. Cada punto de un frente de ondas puede considerarse como foco de nuevas ondas ( ondas secundarias) Cuando una onda se desplaza, el nuevo frente de ondas es la envolvente de las ondas secundarias.

ONDAS VIAJERAS SEGÚN HUYGENS

ONDAS EM: COMPORTAMIENTO c= longitud de onda x frecuencia Las ondas em presentan un rango muy grande de frecuencias y pueden utilizarse para transmitir información ( radio), para ver ( luz), y con fines médicos ( rayos X) según la frecuencia utilizada. Son ondas transversales ( pueden transmitirse en el vacío) con velocidad c independientemente de su frecuencia. ONDAS EM: COMPORTAMIENTO

REFRACCIÓN Es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz al cambiar de medio de propagación. Este cambio de dirección se debe a un cambio en la velocidad de propagación al pasar de un medio a otro. La luz cambia así su longitud de onda pero NO su frecuencia.

Indice de refracción Índice de refracción de un medio Es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la de la luz en ese medio.

Refracción Luz que viaja por medios de densidades diferentes v=f.λ Desde un medio menos denso ( n menor) a uno más denso ( n mayor): La luz se mueve más despacio La frecuencia NO cambia La longitud de onda es mas corta La luz se desvía hacia la normal

Efectos debidos a la refracción Para un observador de pie al lado de una piscina, los objetos sumergidos parecen encontrarse más cerca de la superficie de lo que están realmente. Posición de las estrellas debido a la refracción atmosférica

Ángulo límite y Reflexión total Cuando la luz pasa desde un medio de mayor índice de refracción hacia uno de menor índice de refracción, NO existe refracción si el ángulo de incidencia es mayor que un cierto valor. A este ángulo se le llama ángulo crítico y depende de los índices de refracción de los medios.

Reflexión interna total El ángulo crítico de incidencia es aquel para el que el ángulo de refracción es de 90 ° Para ángulos mayores que el ángulo crítico, no hay refracción, toda la luz incidente se refleja. Es la Reflexión total interna.

REFLEXIÓN Reflexión irregular o difusa Reflexión especular Por qué vemos los objetos? Los objetos luminosos por la luz que emiten Los demás por la luz que reflejan FORMACIÓN DE IMAGENES Imagen a igual distancia del espejo que el objeto Virtual ( procede de las prolongaciones de los rayos reales)

Rayos paralelos emergen paralelos en reflexión especular

Caso particular. Reflexión Cuando la reflexión es desde un medio en el que la velocidad de la onda disminuiría, la reflexión se acompana por un cambio de fase de pi

Difracción (rendijas o aperturas) Cuando una onda encuentra una rendija o apertura en su camino, la onda « se abre» por detrás de la rendija o de la apertura. Este efecto es más o menos significativo dependiendo de la relación entre el tamano de la apertura y la longitud de onda de la onda.

CONDICIONES DIFRACCIÓN Tamano abertura Tras la difracción, una onda tiene igual v, f y longitud de onda. Tamano abertura APPLET

Difracción (obstáculos) Obstáculo grande Obstáculo pequeno Las ondas «doblan» esquinas alrededor de obstáculos

HUYGENS EXPLICA LA DIFRACCIÓN “Cada punto de un frente de ondas se comporta como un foco de ondas secundario emitiendo ondas en todas direcciones” Estas ondas interfieren dando lugar al patrón observado

Ondas en fase

Ondas en oposición de fase

INTERFERENCIA O SUPERPOSICIÓN DE ONDAS Dos ondas que coinciden en el tiempo y en el espacio en un punto producen una perturbación que es la suma de las perturbaciones individuales. Es el PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN.

INTERFERENCIA CONSTRUCTIVA Si los focos están situados en A y B y las ondas están en fase, en un punto P, la interferencia es constructiva si la diferencia de caminos es un número entero de longitudes de onda. Si las ondas son idénticas, la amplitud varía entre 0 y el doble de la amplitud.

INTERFERENCIA DESTRUCTIVA Si los focos están situados en A y B y las ondas están en fase, en un punto P, la interferencia es destructiva si la diferencia de caminos es un número impar de semilongitudes de onda Ondas en oposición de fase

Patrones de interferencia Onda 1 Onda 2 Los patrones de interferencia puedn observarse en todo tipo de ondas. Los diagramas de más abajo representan el diagrama de interferencia debido a dos ondas de igual frecuencia en fase producidas por una fuente puntual Patrón de interferencia Patrón de interferencia con ondas de mayor frecuencia

Diferencia de caminos y diferencia de fase En la interferencia constructiva las dos ondas llegan a P en fase, o sea En la interferencia destructiva las dos ondas llegan a P en oposición de fase, o sea Diferencia de fase de las dos ondas son 90° en el caso de la figura. Cuando la diferencia de fase son 2π, la diferencia de caminos es λ Así: diferencia de fase = 2π/ λ diferencia de caminos http://slideplayer.es/slide/3831182/

DIFRACCIÓN E INTERFERENCIA Máximo central debido a interferencia constructiva Cuando dos fuentes producen luz o sonido se observa un patrón como resultado de la interferencia.

COHERENCIA Dos fuentes de ondas son coherentes si la diferencia de fase entre ellas permanece constante en el tiempo. Para que esto suceda se tiene que tratar del mismo tipo de onda y de la misma frecuencia.

Experiencia de Young Utilizando luz monocromática ( si fuera luz blanca se vería un arco iris), la luz mostró el mismo patrón característico de las ondas de agua lo que muestra que la luz se comporta como una onda. La luz procedente de las dos rendijas interfiere consigo misma. Como resultado se observa un patrón de bandas brillantes y oscuras.

CONDICIONES EXPERIMENTO Luz monocromática Fuentes coherentes ( que mantengan una diferencia de fase constante) para conseguir un patrón de interferencia constante.

EXPERIMENTO DE YOUNG. DOBLE RENDIJA

ESPACIO INTERFRANJA Depende de: La distancia entre las rendijas La distancia entre las rendijas y la pantalla La longitud de onda de la luz

Patrones de interferencia luz roja y azul Luz azul El espaciado entre franjas es menor para la luz azul que para la roja como predice la teoría.

RED DE DIFRACCIÓN

VÍDEO

RED DE DIFRACCIÓN Una red de difracción está formada por un gran número de rendijas paralelas separadas por la misma distancia, d. Como hay tantas rendijas, es normal proporcionar la separación de las rendijas como el número de líneas por mm. Ej: una red de 600 líneas/mm tiene una separación entre las rendijas de d:

De 2 rendijas a red de difracción La adición de rendijas con la misma separación tiene el efecto de que los máximos son mucho mas acusados.

RED DE DIFRACCIÓN Cada línea de la red de difracción actúa como una rendija estrecha que difracta luz en todos los ángulos. En algunos de esos ángulos las ondas de luz difractadas interferirán constructivamente produciendo franjas brillantes o maximos. En otros ángulos, las ondas de luz interferirán destructivamente produciendo franjas oscuras o mínimos.

LUZ DE LÁSER A TRAVÉS DE UNA RED DE DIFRACCIÓN Podemos observar en la pantalla máximos de difracción en los ángulos:

LUZ BLANCA A TRAVÉS DE UNA RED DE DIFRACCIÓN Cada longitud de onda sufrirá una difracción con angulos diferentes, por lo que se observará dispersión. La luz roja es la que se observará a un ángulo mayor. El máximo central será blanco debido a que allí no se produce la difracción.

CÁLCULOS RED DE DIFRACCIÓN En los puntos de interferencia constructiva: n= orden del máximo d= distancia entre dos líneas de la red de difracción posición angular de un máximo

Problemas 2- Se hace incidir luz de 600 nm perpendicularmente a una red de difracción. Se puede observar el segundo máximo a un ángulo de 28.7 ° Calcula la distancia entre las rendijas de la red Proporciona la información sobre el número de líneas/ mm Podrá observarse un máximo de tercer o de cuarto orden? 1- Luz monocromática de longitud de onda 700 nm incide en una red de difracción de 500 líneas/mm. Calcula los ángulos a los que se pueden observar los máximos de primer y segundo orden. Dibuja la situación.

EFECTO DOPPLER Cambio en la frecuencia percibida y en la longitud de onda de una onda cuando existe movimiento relativo entre fuente y observador Si la fuente se mueve hacia el observador o el observador hacia la fuente, el observador recibe ondas a una frecuencia mayor. Si la fuente se aleja del observador o el observador de la fuente, el observador recibe ondas a una frecuencia menor.

Fuente y observador en reposo relativo En este caso, el sonido viaja a la velocidad del sonido con una frecuencia y una longitud de onda.

Conductor del coche en movimiento La frecuencia del sonido al abandonar el coche es la misma. El conductor del coche no escucha una diferencia de tono esté el coche en reposo o en movimiento.

Fuente en movimiento relativo respecto al observador Cuando el coche está en movimiento, delante del coche los frentes de onda se apelotonan y detrás se separan. Como la velocidad del sonido en el aire permanece constante, este cambio en longitud de onda resulta en un cambio en la frecuencia.

FUENTE EN MOVIMIENTO / OBSERVADOR REPOSO Si un vehículo toca el claxon mientras pasa por un observador, se escuchará un cambio en la frecuencia: Al acercarse al observador más alta Al alejarse más baja https://www.youtube.com/watch?v=imoxDcn2Sgo&feature=related

FUENTE EN MOVIMIENTO / OBSERVADOR REPOSO Si un vehículo toca el claxon mientras pasa por un observador, se escuchará un cambio en la frecuencia: Al acercarse al observador más alta debido a que la longitud de onda es menor. Al alejarse más baja ya que la longitud de onda es mayor.

APPLET

EXPRESIONES EFECTO DOPPLER

EFECTO DOPPLER DE LA LUZ El efecto Doppler puede observarse en la luz y otras ondas electromagnéticas. Las galaxias distantes se alejan de la Tierra por lo que la luz se desplaza a una frecuencia menor.

DESPLAZAMIENTO AL ROJO El Rojo es la frecuencia más baja de la luz visible y a este efecto se le llama «desplazamiento al rojo» Mientras más deprisa se mueve una Galaxia de la Tierra más se desplaza su luz al rojo Esta observación a llevado a los científicos a pensar que el Universo se expande

EFECTO DOPPLER LUZ GALAXIAS LEJANAS

EFECTO DOPPLER ONDAS EM

APLICACIONES EFECTO DOPPLER Medida de velocidades de las galaxias. Utilización radar medida velocidades de objetos en movimiento ( coches, pelotas…) Medida de la velocidad del flujo sanguíneo en una arteria.