informde de fisica

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA
Práctica N° 01
Interferencia y Difracción

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

II. FUNDAMENTO TEÓRICO
Cuando un frente de onda de luz atraviesaun agujero cuyo tamaño es menor o del orden de la longitud de onda de la 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 enelcaso de un agujero como en el de una rendija, la luz se propagará a partir de entonces entodas las direcciones. Este comportamiento distingue la propagación de una onda de la propagación de partículas que no experimentarían difracción alguna como muestra la
figura 01


Figura N 01

DIFRACCIÓN POR UNA RENDIJA ANCHA.
Consideremos ahora el caso de una rendija de anchura a pequeña pero nodespreciable que está iluminada perpendicularmente por una luz monocromática 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 larendija hay muchos focos emisores puntuales de frentes de onda cilíndricos que al superponerse unos con otros dan como resultado un patrón de difracción.

Figura 2
Vamos a considerar que observamos el patrón de difracción de la rendija en un punto muy alejado, para que así sean prácticamente paralelos los rayos que proceden de estos emisores puntuales (difracción de Fraunhofer). Supongamos tresfocos emisores situados dos en los extremos de la rendija 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 a sin(θ) =λ¸ el rayo difractado justo en el borde superior de la rendija interfiere destructivamente con elrayo difractado en la mitad de la rendija y con el difractado en la parte inferior. De esto se deduce que la intensidad en la dirección θ será cero, y lo mismo ocurrirá para a sin(θ) = 2λ¸ = 3λ.
Generalizando, la condición de intensidad cero para la difracción de luz monocromática por una rendija de anchura a es:
a sin(θ) = mλ; m = 1; 2; 3;

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

Figura 3. Red de difracción
Analicemos ahoraque ocurre para la luz transmitida por la red en 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 longitud de onda¸ (luz roja en la figura 3). Si lalongitud de onda de la luz es ligeramente diferente, las ondas provenientes de cada rendija tendrán un pequeño desfase que, 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...