Explorando los Fenómenos Ondulatorios: Difracción, Polarización e Interferencia

Fenómenos Ondulatorios: Difracción, Polarización e Interferencia

Si colocamos una pantalla con una ranura en el camino de una onda, en la propia ranura se produce una nueva onda que se transmite al otro lado: este fenómeno se conoce como difracción. Según el principio de Huygens, las ondas avanzarán de tal forma que cada punto del frente de ondas se convierte en un foco emisor de una onda con las mismas características (amplitud A, dirección D y longitud de onda λ).

Frentes de Onda

El frente de onda se define como la superficie (o línea) formada por los puntos del medio que tienen la misma fase (el mismo valor de la perturbación en un instante determinado). Podemos distinguir:

• Ondas planas: los rayos son paralelos entre sí y el frente de onda en 2D es una línea recta.
• Ondas esféricas: los rayos divergen del foco y en dos dimensiones el frente es una circunferencia.

Polarización

Si la vibración tiene lugar siempre siguiendo rectas con la misma dirección paralela a la de propagación, hablamos de una onda polarizada lineal o rectilínea. El plano de polarización está formado por las direcciones de vibración y las direcciones de propagación.

Los polarizadores son sustancias que, cuando una onda como la luz las atraviesa, solo dejan pasar aquellas ondas en las que el plano de oscilación tiene una dirección determinada. Otras sustancias tienen la propiedad de que, cuando se hace pasar la luz polarizada a través de ellas, son capaces de girar el plano de polarización de la luz. Las sustancias dextrógiras desvían la luz hacia la derecha, mientras que las levógiras la desvían hacia la izquierda.

Principio de Superposición (Interferencias)

Los fenómenos de interferencia se producen cuando dos o más ondas procedentes de focos (S') se propagan por una misma región del espacio. Los puntos del medio se verán afectados por las perturbaciones de ambas ondas, sumándose los efectos según el principio de superposición. Para que se produzca una interferencia apreciable, las ondas deben tener amplitudes (A) parecidas y longitudes de onda (λ) iguales, es decir, la misma frecuencia (D): estas ondas se denominan ondas coherentes.

Cuando dos ondas se superponen en un punto, se produce una nueva onda cuya función de onda es la suma de las funciones de onda incidentes. Después de superponerse, prosiguen independientemente la una de la otra sin sufrir alteración.

Un caso muy sencillo es cuando trabajamos con ondas coherentes (frecuencia y λ iguales). Si la fase es igual, se produce una interferencia constructiva: A = A1 + A2, Δφ = 2nπ.

Si están en oposición de fase, se produce una interferencia destructiva: A = A1 - A2, Δφ = (2n+1)π.

Ondas Estacionarias

Las ondas estacionarias resultan de la superposición de dos ondas idénticas (A, D y λ) que se propagan en el mismo medio en sentidos opuestos y con oposición de fase, como cuando una onda choca contra una superficie paralela a la dirección de propagación.

Ecuaciones:

• Onda reflejada: Y1 = A Sen(ωt + kx)
• Onda incidente: Y2 = A Sen(ωt - kx)
• Onda resultante: Y = 2A cos(kx) sen(ωt) = D = λ

Como hemos visto al estudiar las interferencias, vamos a analizar los vientres y nodos:

Vientres

Amplitud máxima: A' = 2A cos(kx) = ±1

kx = nπ, k = 2π/λ, x = nλ/2π, x = nλ/2

Nodos

Amplitud nula: A' = 0 = cos(kx) = 0

La distancia entre dos vientres (V) o dos nodos (N) consecutivos es λ/2, y la distancia entre un vientre y un nodo adyacente es λ/4.