La interferencia, la refracción, la reflexión y la difracción son ejemplos de procesos que ocurren cuando la luz viaja por el aire. La difracción de la luz ocurre cuando entra en contacto con una obstrucción. El frente de onda en el lado opuesto de la apertura imita la onda cuando la luz fluye a través de una pequeña apertura que es equivalente en tamaño a la longitud de onda de la luz.
Cuando la luz pasa a través de una sola rendija con un ancho (w) del orden de la longitud de onda de la luz, podemos ver la difracción de una sola rendija. El patrón de difracción de la pantalla estará a una distancia L >> w de la rendija. La intensidad es proporcional al ángulo.
¿Qué es la difracción?
La curvatura de la luz alrededor de las esquinas de tal manera que se extiende e ilumina las regiones, donde se espera una sombra, se conoce como difracción.
En general, es difícil distinguir entre difracción e interferencia ya que ambas ocurren al mismo tiempo. La difracción de la luz es responsable de la línea plateada que vemos en el cielo. Aparece una línea plateada en el cielo a medida que la luz del sol atraviesa o golpea una nube.
Cuando el experimento de la doble rendija de Young se sustituye por una única rendija estrecha, aparece un patrón ancho con un área brillante en el centro. Hay áreas oscuras y brillantes alternadas a ambos lados del centro. La intensidad disminuye a medida que te alejas del centro. La difracción de luz de una sola rendija se analiza en profundidad en este artículo.
Difracción de una sola rendija
Podemos ver los fenómenos de flexión de la luz, o difracción, en el experimento de difracción de una sola rendija, que hace que la luz de una fuente coherente interfiera consigo misma y forme un patrón distinto en la pantalla denominado patrón de difracción. Cuando las fuentes son lo suficientemente pequeñas como para ser comparables en tamaño a la longitud de onda de la luz, se produce la difracción. Este impacto se puede ver en el siguiente diagrama. La expansión de las grandes aberturas es menor y casi imperceptible.
Difracción de una sola rendija
Fórmula para difracción de rendija simple
Denotaremos el ancho de la rendija como << D, y la distancia entre la rendija y la pantalla es D.
La ubicación angular de cualquier punto en la pantalla se determinará midiendo desde el centro de la rendija, que divide la rendija en ⁄ 2 longitudes. Para explicar el patrón, primero veremos el estado de las franjas negras. También dividamos la rendija en zonas de igual ancho a ⁄ 2. Echemos un vistazo a un par de rayos que vienen separados por ⁄ 2 distancias, como se ilustra a continuación.
Los dos rayos superiores indican la siguiente diferencia de ruta:
Δ L = (a ⁄ 2) sen θ
Nota: Recuerde que esto es solo un cálculo viable si D es realmente grande.
Se puede considerar cualquier número de pares de rayos que comiencen a una distancia de ⁄ 2 entre sí, como los dos rayos inferiores en el diagrama. Se puede tener en cuenta cualquier par arbitrario de rayos separados por ⁄ 2. En un minuto, descubriremos cuán importante es este método. La diferencia de trayectoria debe crear una interferencia destructiva para una franja oscura; la diferencia de trayectoria debe estar desfasada por λ ⁄ 2. (λ representa la longitud de onda)
Para la primera franja,
Δ L = λ ⁄ 2 = un ⁄ 2 pecado θ
λ = un pecado θ
Hay otro rayo a una distancia de ⁄ 2 que puede crear una interferencia destructiva para un rayo proveniente de cualquier punto de la rendija. Como cada rayo que se origina en un punto tiene una contraparte que produce una interferencia destructiva, existe una interferencia destructiva en θ = sen −1 (λ ⁄ a). Como resultado, se crea una franja oscura.
Podemos dividir la hendidura en cuatro porciones iguales de ⁄ 4 y usar el mismo razonamiento para la franja siguiente. Como resultado, para los segundos mínimos:
λ ⁄ 2 = un ⁄ 4 senθ
2λ = a sinθ
De manera similar, podemos dividir la rendija en 2n partes para la n-ésima franja y utilizar la siguiente condición:
λ ⁄ 2 = a ⁄ 2n senθ
n λ = a sinθ
El Máximo Central
Los máximos están situados entre los mínimos, y el ancho del máximo central es igual a la distancia entre los mínimos de 1º orden a ambos lados de la pantalla.
La posición de los mínimos determinada por y (medida desde el centro de la pantalla) es:
tanθ ≈ θ ≈ y ⁄ re
Para θ pequeño,
senθ ≈ θ
⇒ λ = a sinθ ≈ a θ
Ancho angular,
θ = y/D = λa
máximo central,
y = λ re un
El ancho del centro máximo es solo el doble de esta cantidad.
Ancho del máximo central = 2λ D a
Ancho angular del máximo central = 2θ = 2λ a
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Cuál es la diferencia entre las fases?
Responder:
La diferencia entre dos ondas o partículas con la misma frecuencia y que se originan en el mismo lugar se conoce como diferencia de fase. Se mide en radianes o grados.
Pregunta 2: ¿Qué condiciones deben cumplirse para que se produzca una interferencia constructiva?
Responder:
La diferencia de trayectoria debe ser un múltiplo entero de la longitud de onda para que se produzca una interferencia constructiva.
Pregunta 3: ¿Cuáles son los requisitos para que se produzcan interferencias perjudiciales?
Responder:
La diferencia de trayectoria debe ser igual a un múltiplo entero impar de media longitud de onda para que se produzca una interferencia destructiva.
Pregunta 4: ¿Qué es la coherencia temporal y qué significa?
Responder:
La conexión entre el campo en un lugar y el campo en el mismo punto en un momento posterior se conoce como coherencia temporal.
Pregunta 5: ¿Qué es el efecto Compton y cómo funciona?
Responder:
Cuando los rayos X y los rayos gamma se dispersan, se produce el efecto Compton, que hace que aumente la longitud de onda de la radiación.