Interferencia de ondas electromagnéticas

Interferencia de ondas electromagnéticas

Se produce interferencia cuando varias ondas coinciden en un mismo punto del medio por el que se propagan. Las vibraciones se superponen y el estado de vibración resultante del punto es la suma de los producidos por cada onda.

Interferencia constructiva Interferencia destructiva

Para practicar este concepto hemos diseñado una animación Modellus interactiva. Representa dos estados de vibración armónica simple y su superposición. Se pueden modificar las amplitudes de las dos vibraciones y el desfase entre ellas, comprobando cómo afecta la modificación a la evolución del estado de vibración resultante de su superposición. También se representan tres partículas virtuales que simulan las vibraciones, y el punto del medio vibrante donde se superponen esos dos estados de vibración. Aplicando el desfase adecuado, el usuario puede lograr que ese punto vibre con amplitud máxima (interferencia constructiva) o nula (interferencia destructiva)

El experimento de la doble rendija de Young

La naturaleza ondulatoria de la luz pudo ser probada mediante un experimento conocido como de la doble rendija, ideado por Thomas Young. Imagina la siguiente escena: estás parado frente a un estanque con agua, y dentro hay dos placas metálicas, la primera tiene una ranura en el centro y más adelante hay una segunda placa pero con dos ranuras.

Agitamos el agua antes de la primera placa, y se empiezan a formar ondas, estas viajan a través del agua y atraviesan la primera placa sin nada extraordinario, posteriormente pasan a través de la segunda placa y al cruzar las dos rendijas se empiezan a formar una gran cantidad de ondas, estas ondas se interceptan entre sí. Algunas veces se refuerzan al unirse dos crestas pero a veces se anulan al chocar una cresta con un valle (la parte alta de la honda con la parte baja). Si pusiéramos una pantalla que pudiera reflejar el impacto de estas ondas sobre ella, veríamos que se generan varias rayas verticales, con puntos claros y obscuros que se conoce como patrón de interferencia.

Thomas Young por medio de este experimento comprobó que la luz tiene naturaleza ondulatoria ya que se formaba un patrón de interferencia en una placa fotosensible colocada al final de las dos placas. Sin embargo algo extraño ocurre cuando utilizamos electrones.

Si repetimos el experimento ahora disparando muchos electrones (partículas de materia), vemos que se genera un patrón de interferencia, pero ¿cómo es posible?, los científicos pensaron que los electrones chocaban entre sí, así que repitieron el experimento ahora disparando electrones uno por uno, sin embargo el patrón de interferencia volvió a presentarse. Asombrados decidieron observar a las partículas justo antes de pasar por las dos rendijas, pero algo extraño ocurrió, el patrón de interferencia desapareció y en su lugar se formaron dos líneas solamente, es decir, el electrón se comportó como materia esta vez.

De esta manera quedó demostrada la naturaleza dual onda-partícula de las partículas subatómicas. Sin embargo lo más asombroso era observar como esta cambiaba su naturaleza con el simple hecho de observarla, como si el electrón tuviera conciencia de que alguien lo estaba observando y decidiera entonces comportarse de manera diferente, tal vez toda la materia está conectada de alguna manera.

JOONASL/WIKIMEDIA

Suma fasorial de ondas

La corriente alterna se suele representar con un vector girando a la velocidad angular ω. Este vector recibe el nombre de fasor. Su longitud coincide con el valor máximo de la tensión o corriente (según sea la magnitud que se esté representando). El ángulo sobre el eje horizontal representa la fase. La velocidad de giro ω está relacionada con la frecuencia de la señal.

En corriente alterna se da que en muchas ocasiones, las tensiones y corrientes presentan desfasajes entre sí (distintas fases en un determinado momento). En los diagramas fasoriales esto se representa con un ángulo entre los fasores.

Los fasores pueden representarse mediante números complejos, teniendo una componente real y otra imaginaria. Si únicamente queremos representar una señal alterna sin importar su fase respecto de otra podemos considerarla formada únicamente por una parte real y sin parte imaginaria. En este caso el ángulo es cero. Si en cambio nos interesa el ángulo de fase (normalmente cuando lo estamos comparando con otro fasor) lo indicamos según corresponda.

El igual que en los números complejos, los fasores pueden estar representados en forma binómica y polar (existen otras como la trigonométrica y la exponencial, pero utilizamos las dos primeras). En algunos casos nos conviene una forma de expresarlos y en otros casos será más simple hacer cuentas con la otra forma.

Cambio de fase por reflexión

Hasta ahora nuestro estudio lo hemos realizado sin considerar lo que sucede cuando la onda llega al otro extremo de la cuerda. Vamos a analizar cuatro casos principales que pueden presentarse.

a) Cuando el extremo de la cuerda esta fijo a un punto

Onda que se propaga hacia el extremo fijo de la cuerda.

Consideremos una onda incidente que se dirige hacia la derecha y choca contra el soporte fijo. Luego del choque, regresa hacia la izquierda. Este cambio en la dirección de la propagación se denomina reflexión de una onda, y en este proceso la onda que regresa se denomina onda reflejada. En esta reflexión se observa que la onda incidente y la onda reflejada tienen la misma configuración, igual velocidad de propagación, aunque la elongación de la onda reflejada es negativa con respecto a la onda incidente.

b) Cuando el extremo de la cuerda no está fijo a un punto

Si la reflexión ocurre cuando el extremo de la cuerda esta libre, la onda reflejada no se invierte.

Supongamos que el extremo de la cuerda está unido idealmente a un anillo que puede desplazarse sin fricción a lo largo de la barra. Se observa que la onda se refleja sin invertirse conservando además su forma y su velocidad de propagación.

c) Cuando la cuerda está unida al extremo de una cuerda más pesada

Onda que viaja hacia la derecha por una cuerda ligera atada a una cuerda más pesada.

La dirección

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