Sociologia cel-lular

Naturaleza ondulatoria de la luz. Difracci´n. o

Objetivos
Comprobar la naturaleza ondulatoria de la luz. Estudio de la difracci´n de la luz en diferentes o rendijas y obst´culos. Estudiar la difracci´n de Fraunhofer por una rendija. a o

Material
L´ser de He-Ne. Gu´ y soporte para el l´ser y las aperturas. Juego de cuatro rendijas simples de a ıa a 0.02, 0.04, 0.08 y 0.16 mm. Juego decuatro rendijas dobles de 0.04 y 0.08 mm de anchura separadas .250 y .500 mm. Red de difracci´n. Orificios circulares de 0.04 y 0.08 mm y conjunto de orificios con o simetr´ hexagonal y cuadrada. Obst´culos para generar difracci´n. ıa a o

Fundamento te´rico o
La luz visible constituye una peque˜a parte del espectro de la radiaci´n electromagn´tica, que comn o e prende desde las ondas de radio, conlongitudes de onda muy grandes (en algunos casos de centenares de kil´metros), pasando por la luz visible con longitudes de onda de unos cientos de nan´metros, hasta o o los rayos X o gama, con longitudes de onda inferiores a un nan´metro. En todos estos casos tiene o lugar la propagaci´n por el espacio de un campo el´ctrico y un campo magn´tico perpendiculares entre o e e si, y perpendicularestambi´n a la direcci´n de propagaci´n de la onda. La luz es, pues, una onda e o o transversal. Cuando un frente de onda de luz atraviesa un agujero cuyo tama˜o es menor o del orden de la n longitud de onda de la luz incidente, ´ste se convierte en un foco emisor de ondas (casi) semiesf´ricas. e e A este fen´meno se le llama difracci´n, y no debe ser confundido con la refracci´n. Si la luz atraviesa oo o una rendija alargada muy estrecha en vez de un agujero, la rendija se convierte en un emisor de ondas (casi) semicil´ ındricas. Tanto en el caso de un agujero como en el de una rendija, la luz se propagar´ a a partir de entonces en todas las direcciones. Este comportamiento distingue la propagaci´n de una onda o de la propagaci´n de part´ o ıculas que no experimentar´ difracci´n alguna comomuestra la figura 1 ıan o

f

particules

f

ones

Figura 1. Difracci´. o

Naturaleza ondulatoria de la luz. Difracci´n. o

Pr´cticas de F´ a ısica II (UNED)

Difracci´n de Fraunhofer por una rendija o Consideremos ahora el caso de una rendija de anchura a peque˜a pero no despreciable que est´ n a iluminada perpendicularmente por una luz monocrom´tica coherente de longitud de onda λ(por a ejemplo la luz emitida por un l´ser). Como ahora la rendija no es tan estrecha, la difracci´n que a o provoca aunque se propaga en todas las direcciones ya no ser´ en frentes de onda cil´ a ındricos. 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 onda cil´ ındricos que al superponerse unos conotros dan como resultado un patr´n de difracci´n. o o

Figura 2. Difracci´. o Vamos a considerar que observamos el patr´n de difracci´n de la rendija en un punto muy alejado, o o para que as´ sean pr´cticamente paralelos los rayos que proceden de estos emisores puntuales (difracci´n ı a o de Fraunhofer). Supongamos tres focos emisores situados dos en los extremos de la rendija y uno m´s en elcentro (figura 2). En este caso vemos que hay ciertos ´ngulos para los que los rayos a a emitidos interfieren destructivamente (i.e est´n desfasados media longitud de onda). Efectivamente a para a sin(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 parte inferior. De esto se deduceque la intensidad en la direcci´n θ ser´ cero, y lo mismo ocurrir´ para a sin(θ) = 2λ = 3λ.... o a a Generalizando, la condici´n de intensidad cero para la difracci´n de luz monocrom´tica por una rendija o o a de anchura a es: a sin(θ) = mλ, m = 1, 2, 3, ... (1)

En el caso de estar observando la difracci´n de Fraunhofer la pantalla se situar´ a gran distancia o a de la rendija, y podremos...