Fenómenos Ondulatorios de la Luz: Dispersión, Interferencia y Difracción

Dispersión de la Luz

En el vacío, la velocidad de la luz es la misma para todas las longitudes de onda del espectro visible. Sin embargo, al atravesar sustancias materiales, su velocidad se reduce y varía para cada longitud de onda.

Este fenómeno ocurre porque el índice de refracción de una sustancia varía según la longitud de onda, disminuyendo para las longitudes de onda más largas, lo que provoca que estas se desvíen menos.

Cuando la luz atraviesa un prisma, el rayo de salida deja de ser paralelo al rayo incidente. Gracias a la dispersión, el prisma puede separar las diferentes longitudes de onda contenidas en un haz incidente, formando así un espectro.

Interferencia de Ondas

La interferencia es el fenómeno de superposición de ondas coherentes.

Cuando dos ondas avanzan por un medio (como una cuerda) en sentidos opuestos, pueden ocurrir tres sucesos principales:

• Dos ondas se encuentran en un punto donde sus máximas amplitudes coinciden; se dice que están en fase. La amplitud de la onda resultante es la suma de las amplitudes de cada onda.
• Dos ondas llegan a un mismo punto, pero la máxima amplitud de una onda (por ejemplo, hacia arriba) coincide con la máxima amplitud de la otra (hacia abajo). En este caso, sus efectos se restan y no se produce oscilación.
• Las ondas llegan a un mismo punto, pero no están ni en concordancia de fase ni en oposición de fase.

Dos ondas son coherentes cuando, al llegar al mismo punto, mantienen una diferencia de fase constante, ya sea en concordancia o en oposición de fase, independientemente del tiempo.

Tipos de Interferencia

Interferencia Constructiva

La interferencia constructiva se produce cuando dos ondas coherentes llegan a un punto en concordancia de fase, potenciando sus efectos. La onda resultante tendrá una mayor amplitud.

Interferencia Destructiva

La interferencia destructiva ocurre cuando las ondas coherentes llegan al mismo punto en oposición de fase. El efecto resultante en ese punto es menor que el efecto provocado por cada onda individual, pudiendo incluso anularse.

Principio de Young y la Interferencia Óptica

Thomas Young demostró el fenómeno de la interferencia óptica. Su experimento clásico consiste en hacer pasar luz monocromática (es decir, de una sola longitud de onda) por un par de orificios muy pequeños y próximos entre sí. Cuando uno de los orificios está tapado, es posible observar una mancha circular sobre una pantalla ubicada a una distancia suficiente. Sin embargo, cuando ambos orificios están destapados, sobre la pantalla aparecen bandas claras y oscuras, conocidas como bandas de interferencia.

La explicación de este fenómeno se basa en el desfase que se produce en la luz, inicialmente en fase, al emerger por los dos orificios. Las ondas llegan a la pantalla por caminos diferentes y, por lo tanto, una de ellas presenta un retraso respecto a la otra. Las bandas claras (manchas de luz) corresponden a una interferencia constructiva, mientras que las bandas oscuras corresponden a una interferencia destructiva.

Principio de Huygens

El Principio de Huygens proporciona un método geométrico para determinar la forma que adoptará un frente de ondas en un instante posterior, a partir de su forma conocida en un instante dado.

Difracción de Ondas

La difracción es el fenómeno por el cual las ondas pueden rodear obstáculos o propagarse a través de aberturas, desviándose de su trayectoria rectilínea.

Cuando la luz encuentra en su camino orificios muy pequeños u obstáculos muy delgados (cuyas dimensiones son comparables al orden de magnitud de su longitud de onda), es posible observar efectos de difracción.

Observaciones Históricas de la Difracción

Experimento de Grimaldi

Francesco Maria Grimaldi observó que al hacer incidir luz de una pequeña fuente sobre un cabello, en lugar de una única sombra nítida, se formaban varias sombras separadas por zonas iluminadas.

Aplicación de la Difracción

• Una aplicación importante de la difracción es en la espectrografía. Al iluminar una red de difracción con luz monocromática, se forma un máximo central y varios máximos laterales.
• Si se utiliza luz de otra longitud de onda, el máximo central se mantiene en su posición, pero los máximos secundarios se desplazan respecto a la ubicación anterior.