interferencia de la luz

Colegio Madre Carmen
“Educar con Amor y Sabiduría para Formar Auténticos Ciudadanos”
OPTICA
Área/Asignatura:
Física
Grado:
Docente:
Luis Alfredo Pulido Morales
Fecha:
Eje Temático:
óptica
Periodo:
Proceso:
GESTION
ACADEMICA
HOJA DE TRABAJO
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03
INTERFERENCIA DE LA LUZ
Debido a la naturaleza ondulatoria de la luz, es posible observar que dos haces de luz generan interferencia
entre sí, la cual ocurre cuando en un mismo punto coinciden dos o más ondas, siendo su composición
constructiva o destructiva. Para observar estas interferencias luminosas es necesario que las ondas
individuales mantengan una relación de fase estable, es decir, que las fuentes tengan la misma frecuencia y
que sus haces sean casi paralelos. Cuando esta situación predomina, se dice que las fuentes son coherentes.
Si las fuentes son distintas (incoherentes), no es posible la producción de interferencia, ya que las ondas
emitidas son independientes y no guardan relación de fase en el transcurso del tiempo.
Pero, ¿cómo hacer para que dos fuentes luminosas sean coherentes?
En 1801, Thomas Young ideó el primer experimento para producir interferencias luminosas, el cual le sirvió
para demostrar la naturaleza ondulatoria de la luz. En la siguiente figura se muestra un esquema del
dispositivo utilizado.
Se puede observar un frente de onda que incide sobre dos rendijas horizontales.
De estas dos rendijas surgen dos nuevos frentes de onda coherentes, con un patrón estable, que interfieren
sobre una pantalla. Este patrón de interferencia está conformado por franjas brillantes y oscuras alternadas,
que representan la interferencia constructiva y la interferencia destructiva de las ondas respectivamente.
En la siguiente figura se representan algunas maneras en las que se pueden combinar dos ondas sobre una
pantalla.
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DIFRACCIÓN DE LA LUZ
En el recuento histórico sobre la naturaleza de la luz, se mencionó la importancia que este fenómeno
tuvo en su momento. Por otra parte, recordemos que las ondas al rodear un obstáculo presentan
deformaciones, que posteriormente continúan su camino.
En el caso de las ondas de luz esto se traduce en la nitidez de la sombra proyectada por un objeto
opaco.
La difracción se observa mejor cuando la luz es coherente, es decir, cuando las ondas luminosas se
encuentran en fase, propiedad que tiene la luz monocromática o de un solo color, como por ejemplo
las lámparas de neón o el láser.
Para analizar la difracción de la luz, considera una rendija, como las del experimento de Young,
iluminada por una fuente. Supón que la luz atraviesa la rendija y se proyecta sobre una pantalla.
Una primera apreciación nos llevaría a pensar que sobre la pantalla se proyecta la imagen de la
rendija, sin embargo, en realidad aparecen franjas brillantes y oscuras
Según el principio de Huygens, la rendija actúa como infinidad de rendijas muy finas que producen
interferencia. La distribución de las franjas oscuras de la rendija está dada por la expresión:
Donde a representa el ancho de la rendija y
Por otro lado, la intensidad
luminosa se distribuye de manera que casi toda la energía se concentra en la parte central como se
muestra a continuación:
POLARIZACIÓN DE LA LUZ
Partículas que oscilan. Un ejemplo muy práctico se da cuando se propagan ondas a través de una
cuerda, al enviar pulsos perpendiculares las partículas vibran de arriba hacia abajo y la transmisión
es perpendicular a la dirección del movimiento, formándose así el plano de vibración.
Si la cuerda atraviesa dos rendijas una perpendicular y otra horizontal es posible que el plano de
vibración de la cuerda no presente dificultad al pasar por la primera rendija pero no podrá hacerlo
por la segunda, como se observa en la figura 1.
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Este efecto observado evidencia que la luz presenta un comportamiento similar al de las ondas
transversales, ya que si fuese su comportamiento igual al de una onda longitudinal, no se produciría
variación alguna en la oscilación de la onda.
En 1669, Erasmus Bartholín halló un indicio de la polarización de la luz al descubrir que un cristal de
calcita, conocido como espanto de Islandia, producía una doble imagen cuando se observaba a
través de él.
Huygens explicó el fenómeno afirmando que cuando una onda llegaba al cristal se dividía en dos:
una que se propaga en todas las direcciones a través del cristal y otra cuya velocidad dependía de la
dirección respecto a una línea especial del cristal.
Por otra parte, Newton explicó que las partículas que formaban el flujo de luz se orientaban de
manera diferente al entrar al cristal.
Posteriormente, Etiene Malus, en 1808, encontró que esta propiedad sólo se presenta en algunas
sustancias, por lo que Young concluyó que la luz era una onda transversal y que el plano en el cual
se encuentran contenidas se denomina plano de polarización.
Actualmente se sabe que la luz es una onda electromagnética, que es producida por la vibración de
los electrones y que un solo electrón que vibra emite una onda electromagnética polarizada.
Así, si el electrón vibra en dirección vertical emite luz con polarización vertical, y si vibra en dirección
horizontal emite luz horizontalmente polarizada. Esto se debe a que los electrones no tienen un
plano de vibración privilegiado, por lo cual vibran en muchas direcciones.
Las fuentes de luz comunes, como la luz de la bombilla incandescente o una lámpara fluorescente o
el Sol o una vela, emiten luz no polarizada, debido a que están compuestas por ondas ubicadas en
diferentes planos que varían al azar.
Debido a que el ojo humano no distingue entre la luz polarizada y la no polarizada, y menos la luz
conformada por ambas, se hace necesario la utilización de un dispositivo para identificarlas.
Algunos cristales tienen la propiedad de absorber ondas de luz que vibran en diferentes planos y
permitir el libre paso de aquellas ondas que están contenidas en determinado plano. Estos cristales
se denominan polarizadores. Verifiquemos algunas características de estos cristales y su forma de
polarizar la luz:
Todos los cristales transparentes de forma natural, cuya estructura no es cúbica, tienen la propiedad
de cambiar el plano de polarización a un solo plano. La dirección del plano de polarización que
transmite el cristal se llama eje del cristal.
Otros cristales, en su interior, hacen que la luz no polarizada vibre en dos planos perpendiculares
entre sí, como es el caso del cristal de Islandia. Estos cristales reciben el nombre de birrefringentes.
Los cristales birrefringentes cambian de color según el ángulo con el que son observados, a esta
propiedad se le llama dicroísmo y por ello también se denominan dicroicos.
Hay otro grupo de cristales que en su interior realizan la misma función que los anteriores, pero,
absorben uno de los planos y transmiten el otro plano de vibración. La herapatita, que es utilizada
en la construcción de filtros de polaroid, es un ejemplo de estos cristales.
El filtro polaroid fue diseñado por Edwin Land, en 1928, y consiste en una serie de moléculas
ordenadas de manera paralela entre sí, que actúan como un par de ranuras permitiendo que cierta
orientación de polarización pase sin que haya absorción de energía, a esta orientación se le conoce
como eje del polaroid. Si transmite polarización horizontal, el eje del polaroid es horizontal y si la
transmisión es vertical el eje del, polaroid es vertical.
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Uno de los ejemplos más comunes de la utilización del polaroid son los lentes que nos protegen del
Sol. El eje de transmisión de estos lentes es vertical debido a que la mayor parte del resplandor que
vemos procede de superficies horizontales.
Si levantas tu dedo pulgar, con el brazo extendido, y lo miras con un solo ojo puedes observar que
cambia su posición, con respecto al fondo, según el ojo con el que se mire. Esto se debe a que, por
estar en posiciones levemente diferentes, las imágenes que observa cada ojo presentan una
pequeña diferencia. El cerebro recibe estas dos imágenes y, al combinarlas, produce la sensación de
profundidad.
Las películas en tercera dimensión se filman tomando dos imágenes desde puntos levemente
separados. Estas dos imágenes se proyectan juntas pero con una polarización vertical y otra con
polarización horizontal.
Sin anteojos especiales cada ojo recibe las dos imágenes y el resultado es la visión borrosa. Pero si
se utilizan anteojos de manera que una lente tenga el eje polarizante horizontal y la otra vertical,
cada ojo ve solamente una de las imágenes y el cerebro, al combinarlas, produce la sensación de
profundidad.
Otra aplicación de la polarización de la luz se encuentra en los cristales líquidos. En ellos los átomos
o las moléculas están dispuestos en un esquema similar al de un cristal sólido. Sin embargo, ese
esquema no es completamente rígido, se puede variar mediante cambios de temperatura o
mediante un estímulo eléctrico. En estos cristales como los utilizados en las pantallas de las
calculadoras, un estímulo eléctrico produce un cambio en la dirección del eje de transmisión de la
luz.
Cuando la luz se refleja, se polariza en dirección paralela a la superficie reflectante. Por ejemplo, la
luz solar que se refleja en la carretera, está polarizada horizontalmente. Por eso, es conveniente que
los anteojos para el sol que se utilizan al conducir un vehículo, sean de vidrios polarizadores con ejes
verticales, de esta manera se evita el reflejo.