Interferencias y difracción Propiedades ondulatorias de la luz

Naturaleza ondulatoria de la luz Interferencias: al combinarse dos ondas hay máximos y mínimos Difracción: debido a la existencia de varias fuentes( al pasar por rendijas, por ejemplo..)

Coherencia y Monocromaticidad Una fuente monocromática es aquella que emite luz con una única frecuencia Dos fuentes monocromáticas se dicen coherentes cuando emiten luz con la misma frecuencia y longitud de onda. Deben tener una relación de fase definida y constante. Luz coherente Luz no coherente

Superposición de ondas Principio de superposición: cuando ondas o más ondas se superponen, el desplazamientos resultante es la suma de los desplazamientos individuales producidos por cada una de ellas. Desfase inicial En oposición En fase  Suma

Interferencias de dos fuentes Constructivas Se refuerza el movimiento ondulatorio Destructivas Se atenúa el movimiento ondulatorio

Interferencias en películas delgadas I Los colores se deben a las interferencias entre la luz reflejada por la superficie inferior y la superior . Diferencia de caminos ópticos para ángulos pequeños = 2d desfase Interferencias constructivas Interferencias destructivas El rayo 1 tiene un desfase de p respecto al incidente (pasa a un medio con un índice de refracción mayor) mientras el rayo 2 tiene la misma fase ( va de agua a aire, de mayor a menor índice de refracción).

Interferencia en películas delgadas I: cuñas de aire Interferencias en cuñas de anchura h y longitud L: reflexión en una lámina de aire. Se producen franjas brillantes y oscuras Posiciones de las franjas brillantes Posiciones franjas oscuras

Interferencias en películas delgadas I: Anillos de Newton Interferencias en superficies esféricas situadas sobre un soporte plano: reflexión en una lámina de aire. Se producen franjas brillantes y oscuras Posiciones de las franjas brillantes Posiciones franjas oscuras Se puede utilizar para hallar defectos en lentes

Interferencias en películas delgadas II La película delgada ( índice de refracción n) puede estar sobre otro soporte Diferencia de caminos ópticos para ángulos pequeños = 2d desfase Interferencias constructivas Interferencias destructivas Los rayos 1 y 2 tienen un desfase de p respecto al incidente ( la superficie de reflexión separa en ambos casos un medio con un índice de refracción menor de otro con índice mayor)

El interferómetro de Michelson Se basa en la interferencia debida a láminas delgadas Fue crucial para el desarrollo de la relatividad Divide un haz de luz monocromática en dos ondas que siguen trayectorias diferentes Si los dos brazos del interferómetro tiene la misma longitud y los dos espejos forman un ángulo recto, las imágenes debidas a los dos rayos son iguales

El interferómetro de Michelson Posiciones de las franjas brillantes Posiciones franjas oscuras Si los espejos no forman un ángulo recto, sino un ángulo 90+ a, se producen las interferencias típicas de una cuña  Si movemos en estas condiciones el espejo móvil una distancia s, las franjas de interferencia se desplazarán  Desfase adicional Número de franjas

Interferencia de dos fuentes: franjas de Young Realizado por Thomas Young (1880) Luz monocromática procedente de una fuente puntual ( una rendija simple) que pasa por dos ranuras separadas una distancia d Las interferencias se recogen en una pantalla situada a distancia L de las rendijas

Young II La diferencia de caminos ópticos entre los rayos procedentes de las dos fuentes causa un desfase Patrones de interferencia en la pantalla Máximos Minimos

Difracción Es una propiedad de las ondas Se observa cuando se distorsiona una onda por un obstáculo cuyas dimensiones son comparables a la longitud de la misma Rendijas Una partícula no produce estos efectos, sino sombras definidas Obstáculos

Difracción por rendijas ( Fraunhofer) Incidencia normal en una rendija plana y rectangular Aparece un gran máximo central Máximos secundarios Y mínimos que los separan

Rendijas múltiples Se suman los efectos de interferencias y difracción En cada máximo de difracción hay máximos y mínimos de interferencias

Redes de difracción Transmisión o reflexión Condición de máximo Máximos más grandes y espaciados Para que se aprecie l ~ d Transmisión Reflexión Comparación con N rendijas para Diferentes longitudes de onda

Espectrómetros Sirven para medir el espectro de luz emitido por una fuente. Se observan líneas espectrales Resolución espectral: diferencia mínima de longitudes de onda que se pueden medir

Difracción de rayos X Condición de Bragg para máximos Descubiertos por Roetgen en 1895. Son ondas electromagnéticas con l ~ 0.1 nm En un sólido cristalino los átomos están separados d ~ 0.1 nm Pueden servir como rejillas de difracción ( Von Laue 1912) Condición de Bragg para máximos