Fluidos

INTERFERENCIA Y DIFRACCION

I.- OBJETIVOS:

Estudio de los fenómenos de interferencia y difracción usando un láser como fuente coherente y monocromática.
Estudiar la difracción de una luz monocromática producida por una rendija.
Estudiar una rejilla de difracción.


II.- FUNDAMENTO TEORICO:

Cuando una fuente de onda de luz atraviesa un agujero cuyo tamaño es menor o del orden de lalongitud de onda de luz incidente, “este se convierte en un foco emisor de ondas (casi) semiesféricas. A este fenómeno se le llama difracción, y no debe ser confundido con la refracción.

Si la luz atraviesa una rendija alargada muy estrecha en vez de un agujero, la rendija se convierte en un emisor de ondas (casi) semicilíndricas. Tanto en el caso de un agujero como en el de una rendija, laluz se propagara a partir de entonces en todas las direcciones. Este comportamiento distingue la propagación de una onda de la propagación de partículas que no experimentarían difracción alguna como muestra la figura 1.


Difracción por una rendija ancha

Consideremos ahora el caso de una rendija de anchura a pequeña pero no despreciable que esta iluminada perpendicularmente por una luzmonocromática coherente de longitud de onda, (por ejemplo la luz emitida por un láser). Como ahora la rendija no es tan estrecha, la difracción que provoca aunque se propaga en todas las direcciones ya no será en frentes de onda cilíndricos.
De acuerdo con el principio de Huygens, suponemos que a lo largo de la anchura de la rendija hay muchos focos emisores puntuales de frentes de ondacilíndricos que al superponerse unos con los otros dan como resultado un patrón de difracción.













Vamos a considerar que observamos el patrón de difracción de la rendija en un punto muy alejado, para que así prácticamente paralelos los rayos que proceden de estos emisores puntuales (difracción de Fraunhofer). Supongamos tres focos emisores situados dos en los extremos de larendija y uno más en el centro (figura 2). En este caso vemos que hay ciertos ángulos para los que los rayos emitidos interfieren destructivamente (i.e están desfasados media longitud de onda).
Efectivamente para asin (θ) = λ, el rayo difractado justo en el borde superior de la rendija interfiere destructivamente con el rayo difractado en la mitad de la rendija y con el difractado en la parteinferior. De esto se deduce que la intensidad en la dirección θ será cero, y lo mismo ocurrirá para a sin (θ) = 2 λ, = 3 λ.
Generalizando, la condición de intensidad cero para la difracción de luz monocromático a sin (θ) = m λ, m = 1, 2, 3


Difracción por varias rendijas, red de difracción

Supongamos ahora que disponemos de varias rendijas separadas una distancia d formando lo quedenominaremos “una red de difracción” (figura 3). Cuando la luz incide sobre la red, cada rendija actúa como un nuevo foco emisor de ondas cilíndricas en todas las direcciones. La intensidad que observaremos en la pantalla será la suma de todas estas ondas.

Analicemos ahora que ocurre para la luz transmitida por la red de un ángulo dado θ. Si la longitud de onda λ, de la luz transmitida cumple d sin(θ)= λ,< las ondas provenientes de cada rendija estarán en fase y la onda resultante final será la suma de todas ellas ( interferencia constructiva). En la pantalla observaremos un punto luminoso correspondiente al color de la longitud de onda, (luz roja en la figura 3).

Si la longitud de onda de luz es ligeramente diferente, las ondas provenientes de cada rendija tendrán un pequeño desfaseque, al sumarse la luz de un gran número de rendijas, producirá finalmente una interferencia destructiva y no observaremos intensidad alguna sobre la pantalla. De esta forma, mediante una red de difracción, veremos puntos luminosos sobre la pantalla en diferentes posiciones según la longitud de onda ( o el color) de la luz transmitida de acuerdo a la condición:
d sin(θ) = m λ; m = 1; 2; 3; . …...