LA MAGIA DE LA FISICA: Fenómenos Ondulatorios. Recursos Experimentales didácticos y recreativos.

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Francisca Guzmán Ayala
hace 7 años
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1 LA MAGIA DE LA FISICA: Fenómenos Ondulatorios. Recursos Experimentales didácticos y recreativos. Dr. Nelson Falcón Universidad de Carabobo. Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología. Dpto. de Física. nfalcon@uc.edu.ve. Prof. Douglas Falcón Liceo Nacional Mario Briceño Iragorry. Bararida Bqto. Edo, Lara dlfalcon@hispavista.com Una onda es una perturbación que se propaga en el espacio, transportando energía sin el desplazamiento de materia entre la fuente y el receptor. Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. El medio elástico se deforma y recupera vibrando al paso de la onda. La perturbación comunica una agitación a la primera partícula del medio en que impacta (este es el foco de las ondas) y en esa partícula se inicia la onda. La perturbación se transmite en todas las direcciones por las que se extiende el medio con una velocidad constante. Una onda transporta energía pero no transporta materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación. Veamos algún ejemplo: La onda que transmite un látigo lleva una energía que se descarga en su punta al golpear. Las partículas del látigo vibran, pero no se desplazan con la onda. Un corcho en la superficie del agua vibra verticalmente al paso de las olas pero no se traslada horizontalmente, eso indica que las partículas de agua vibran pero no se trasladan. Onda transversal en una cuerda

2 Si las partículas del medio en el que se propaga la perturbación vibran perpendiculares a la dirección de propagación, las ondas se llaman transversales como las olas en el agua, las ondulaciones que se propagan por una cuerda, la luz. Si vibran en la misma dirección se llaman longitudinales, tales como las compresiones y dilataciones que se propagan por un muelle, o el sonido. El sonido es una onda que se propaga en el aire por la compresión y rarefacción de las partículas del aire, también se propaga en los sólidos y líquidos de forma análoga. Si dos o mas ondas se presentan en un medio, y tienen la misma frecuencia (mejor aun si la diferencia de fase permanece constante) entonces se dice que las fuentes son coherentes. La intensidad resultante de dos fuentes coherente no es la suma de las intensidades de las ondas concurrentes, y pueden producir el fenómeno de interferencia. Los colores que nosotros observamos cuando la luz de sol cae en una burbuja de jabón, un poco de aceite o en el pavimento húmedo, o un colibrí rojizo son causados por la interferencia de las ondas de luz reflejadas desde el frente hacia atrás de las superficies de las películas transparentes finas. Esto se da porque dos haces de ondas que llegan al mismo plano sumarán sus efectos si llegan en fase o contrarrestarán sus efectos si llegan desfasados.

3 Su efecto combinado es obtenido sumando algebraicamente los desplazamientos en el punto hacia las fuentes individualmente. Esto es conocido como el principio de superposición. Thomas Young descubrió este principio de interferencia cerca de El espesor de la película es típicamente del orden de la magnitud de la longitud de onda de la luz. Las películas delgadas depositadas en los componentes ópticos tales como los lentes de las cámaras pueden reducir la reflexión y mejorar la intensidad de la luz transmitida. Los cubrimientos delgados en ventanas pueden mejorar la reflectividad para la radiación infrarroja mientras tiene menos efecto en la radiación visible. De esta manera es posible reducir el efecto de calor de la luz de sol en un edificio. Experimento 1 Interferencia y Franjas de Young Puede recrearse la interferencia de ondas con luz visible si nos procuramos de dos láminas trasparentes sobre las cuales dibujamos contornos de cuadriláteros o círculos concéntricos como indica la figura. Colocando ambos patrones superpuestos veremos las zonas de superposición de las ondas como patrones no homogéneos que parecen deslazarse conforme rotamos o movemos cualquiera de las láminas. Análogamente, si se dibuja cualquier patrón simétrico, como una estrella, y se rotan los patrones, obtendremos zonas donde se presentan las franjas de Young, características de la

4 superposición de ondas desfasadas, como las olas que vemos en un estanque al lanzar varias piedrecillas en el. La interferencia también se presenta en las ondas sonoras y en las comunicaciones radioeléctricas. Es común observar que dos parlantes situados de forma tal que ambos actúen como fuentes coherentes de sonido, producirán zonas a su alrededor donde la intensidad percibida es diferente a la suma algebraica ambas intensidades, en cuyo caso se percibirá un ruido o sonido sobreexpuesto, típico de un patrón de interferencia. Asociado a la interferencia, aparece también el fenómeno de la difracción. El término difracción viene del latín diffractus que significa quebrado. La etimología alude al fenómeno por el que una onda puede contornear un obstáculo en su propagación, alejándose del comportamiento de rayos rectilíneos. No existe ninguna diferencia física específica entre la interferencia y la difracción. Podemos decir que cuando hay pocas fuentes que interfieren le llamamos interferencia, pero si hay un gran número de ellas le llamamos difracción. Experimento 2: Difracción de la Luz La difracción se visualiza fácilmente observando las bandas claras y oscuras de sombras que se forman al pasar la luz por una rendija angosta, tal como aparece cuando miramos a través de nuestros dedos apenas separados entre sí y colocados delante del ojo. También si empleamos un objeto de bordes muy finos, como una hojilla de afeitar, y la iluminamos con una linterna desde arriba, veremos varios bordes o sombras de distintas intensidades, como bandas claras y oscuras. Úsese un papel blanco a unos 10 cm de distancia de la hojilla para visualizar las franjas.

5 La Interferencia y el fenómeno de la Difracción, o la desviación de la propagación rectilínea de los rayos luminosos al pasar por el borde de un objeto, pudo ser explicado por la teoría Ondulatoria propuesta por Christian Huygens ( ), desarrollada después por Thomas Young ( ) y Agustín Fresnel ( ); según la cual la luz es un tren de ondas. La difracción y la interferencia son fenómenos típicamente ondulatorios. La difracción se puede observar cuando una onda atraviesa una ranura cuyas dimensiones son comparables a la longitud de la onda. La onda, al atravesar la ranura, se abre y en lugar de seguir la dirección del rayo incidente se forman gran número de rayos abriéndose en abanico. El patrón de difracción de una ranura parece negar la propagación rectilínea de la luz. Si pensamos en la luz simplemente como si fueran rayos, sin importar su naturaleza, las imágenes laterales parecerían provenir de rayos desviados de la dirección de los rayos centrales; es decir, de rayos que habrían torcido su rumbo al pasar los filos de las hojas y penetrado en la sombra geométrica. El fenómeno de la difracción de la luz, por lo tanto, contradice la hipótesis de los rayos rectos; es decir, contradice la hipótesis de la propagación rectilínea de la luz. Parece que la luz, después de todo, sí puede dar la vuelta a los objetos opacos.

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