Difracción en las ondas

En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas consistente en el curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio

También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor.

Como curiosidad, esta técnica se utilizó para intentar descubrir la estructura del ADN, y fue una de las pruebas experimentales de su estructura de doble hélice propuesta por James Watson y Francis Crick en 1953.

Refracción en la ondas

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

El índice de refracción (n) está definido como el cociente de la velocidad (c) de un fenómeno ondulatorio como luz o sonido en el de un medio de referencia respecto a la velocidad de fase (vp) en dicho medio: Generalmente se utiliza la velocidad de la luz (c) en el vacío como medio de referencia para cualquier materia, aunque durante la historia se han utilizado otras referencias, como la velocidad de la luz en el aire. En el caso de la luz, es igual a:

Donde εr es la permitividad relativa del material, y μr es su permeabilidad electromagnética relativa. Para la mayoría de los materiales, μr es muy cercano a 1 en frecuencias ópticas, es decir, luz visible, aunque n es aproximadamente Contrario a lo que afirman muchos libros clásicos y algunos modernos de física, está comprobado que puede existir un índice de refracción menor a 1; por ejemplo, para los rayos x. Este hecho puede tener aplicaciones técnicas, como espejos para rayos x basados en refracción externa total para su aplicación en herramientas médicas. Otro ejemplo de un índice de refracción menor a uno son las ondas electromagnéticas cuando viajan a través del plasma.

Ley de Snell La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entenderse como el producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice de refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción.

Valores para diferentes materiales El índice de refracción del aire es de 1,00029 pero para efectos prácticos se considera como 1, ya que la velocidad de la luz en este medio es muy cercana a la del vacío. Otros ejemplos de índices de refracción para luz amarilla del sodio (λ=589 nm):

Material Índice de refracción Vacío 1 Aire (*)1,0002926 Acetaldehído 1,35 Solución de azúcar (30%) 1,38 1-butanol (a 20 °C) 1,399 Glicerina 1,473 Heptanol (a 25 °C) 1,423 Solución de azúcar (80%) 1,52 Benceno (a 20 °C) 1,501 Metanol (a 20 °C) 1,329 Cuarzo 1,544 Vidrio Crown 1,52 Disulfuro de carbono 1,6295 Cloruro de sodio 1,544 Diamante 2,42 (*) en condiciones normales de presión y temperatura (1 bar y 0 °C)