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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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    Ing. En Energa Fsica IV Mg. Jos Castillo Ventura

    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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    Ing. En Energa Fsica IV Mg. Jos Castillo Ventura

    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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    Ing. En Energa Fsica IV Mg. Jos Castillo Ventura

    - -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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    Ing. En Energa Fsica IV Mg. Jos Castillo Ventura

    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.