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Ing. En Energa Fsica IV Mg. Jos Castillo Ventura

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

Prctica N 01

Interferencia y Difraccin

Objetivos.- Estudio de los fenmenos de interferencia y difraccin usando un lser

como fuente de luz coherente y monocromtica.

Estudiar la difraccin de una luz monocromtica producida por una rendija.

Estudiar una rejilla de difraccin.

Fundamento terico

Cuando un frente de onda de luz atraviesa un agujero cuyo tamao es menor o del orden

de la longitud de onda de la luz incidente, este se convierte en un foco emisor de ondas

(casi) semiesfricas. A este fenmeno se le llama difraccin, y no debe ser confundido

con la refraccin. Si la luz atraviesa una rendija alargada muy estrecha en vez de unagujero, la rendija se convierte en un emisor de ondas (casi) semicilndricas. Tanto en el

caso de un agujero como en el de una rendija, la luz se propagar a partir de entonces en

todas las direcciones. Este comportamiento distingue la propagacin de una onda de la

propagacin de partculas que no experimentaran difraccin alguna como muestra la

figura 1

Difraccin por una rendija ancha .

Consideremos ahora el caso de una rendija de anchura a pequea pero no despreciable

que est iluminada perpendicularmente por una luz monocromtica coherente de

longitud de onda (por ejemplo la luz emitida por un lser). Como ahora la rendija no

es tan estrecha, la difraccin que provoca aunque se propaga en todas las direcciones ya

no ser en frentes de onda cilndricos. De acuerdo con el principio de Huygens,

suponemos que a lo largo de la anchura de la rendija hay muchos focos emisores

puntuales de frentes de onda cilndricos que al superponerse unos con otros dan como

resultado un patrn de difraccin.

Figura N 01

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Vamos a considerar que observamos el patrn de difraccin de la rendija en un punto

muy alejado, para que as sean prcticamente paralelos los rayos que proceden de estos

emisores puntuales (difraccin de Fraunhofer). Supongamos tres focos emisores

situados dos en los extremos de la rendija y uno ms en el centro (figura 2). En este caso

vemos que hay ciertos ngulos para los que los rayos emitidos interfieren

destructivamente (i.e estn desfasados media longitud de onda). Efectivamente para a

sin() = el rayo difractado justo en el borde superior de la rendija interfiere

destructivamente con el rayo difractado en la mitad de la rendija y con el difractado en

la parte inferior. De esto se deduce que la intensidad en la direccin ser cero, y lo

mismo ocurrir para a sin() = 2 = 3 .

Generalizando, la condicin de intensidad cero para la difraccin de luz monocromtica

por una rendija de anchura a es:

a sin() = m; m = 1; 2; 3;

Difraccin por varias rendijas, red de difraccinSupongamos ahora que disponemos de varias rendijas separadas una distancia d

formando lo que denominaremos una red de difraccin (figura 3). Cuando la luz

incide sobre la red, cada rendija acta como un nuevo foco emisor de ondas cilndricas

en todas las direcciones. La intensidad que observaremos en la pantalla ser la suma de

todas estas ondas.

Figura 2

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Analicemos ahora que ocurre para la luz transmitida por la red en un ngulo dado . Si

la longitud de onda de la luz transmitida cumple d sen() = , las ondas

provenientes de cada rendija estarn en fase y la onda resultante final ser la suma de

todas ellas (interferencia constructiva). En la pantalla observaremos un punto luminoso

correspondiente al color de longitud de onda (luz roja en la figura 3). Si la longitud de

onda de la luz es ligeramente diferente, las ondas provenientes de cada rendija tendrn

un pequeo desfase que, al sumarse la luz de un gran nmero de rendijas, producir

finalmente una interferencia destructiva y no observaremos intensidad alguna sobre la

pantalla. De esta forma, mediante una red de difraccin, veremos puntos luminosos

sobre la pantalla en diferentes posiciones segn la longitud de onda (o el color) de la luz

transmitida de acuerdo con la condicin:

d sin() = m; m = 1; 2; 3; :::

Material y equipo

01 fuente de luz monocromtica (laser)

01 banco ptico

01 lente + 100 mm

01 rendija variable

01 red de difraccin01 pantalla

01 juego de soportes

01 cinta mtrica

Procedimiento

-Armar el equipo como en la figura adjunta, intercalando el lente entre la fuente de luz y

la red de difraccin.

Figura 3. Red de difraccin

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- -Mover ligeramente el lente para hacer que el haz de luz lser incida justamente sobre

la rendija. Cuando esto ocurra, si se observa por la parte posterior de la pantalla a unos

45 aproximadamente se observar un brillo rojo intenso en el centro.

-Observar la pantalla y mover el lente hasta obtener la imagen ms brillante. Lo que se

observa es una franja central brillante y a su alrededor franjas oscuras y brillantesalternadas. Marcar sobre la pantalla todas las franja oscuras que se puedan apreciar.

Medir la distancia desde el centro de la franja central brillante hasta el centro de cada

franja oscura. Determinar la distancia D entre la rendija y la pantalla, considerar el error

de medicin.

-A partir de estos datos obtener la anchura de la rendija.

-Reemplazar la rendija simple por una red de difraccin y proceder como en los pasos

anteriores, midiendo la distancia de la pantalla a la red de difraccin, calculando los

ngulos de difraccin. Conociendo el nmero de rendijas determinar la longitud de onda

incidente y compararla con su valor real.

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IMPORTANTE: Al trabajar con luz lser deben tomarse un

mnimo de precauciones. Nunca debe mirar directamente el haz

lser ni su reflejo en alguna superficie. Situar la pantalla

siempre frente al haz, de forma que ste no se propague a otras

zonas del laboratorio ajenas la prctica. Asegurarse de que el

haz est apagado o bloqueado cuando no se utilice.