“Experimento de Young”

Física Básica III - FIS 129
INFORME DE LABORATORIO

Interferencia:
“Experimento de Young”

Sofia Perez / Kevin Gómez / Rafaella Bunster

Sofia.perezh@sansano.usm.cl / kevin.gomez@sansano.usm.cl / rafaella.bunster@sansano.usm.cl 
Profesora a cargo: Paola Sánchez

Resumen

Durante este laboratorio se planteó determinar la longitud de onda de dos láseres uno de color verde y otro de color rojo basados en el experimento de Thomas Young. Con ayuda del montaje otorgado por el departamento de física de la universidad pudimos llevar a cabo esta experiencia. Durante el proceso teníamos nociones de que los resultados a los que debíamos llegar debían ser coherentes con los colores que emiten los láseres. Ahora podemos contrastar nuestras predicciones con los datos reales a los que llegamos y se dan a conocer en este informe.

Introducción

- Uno de los primero experimentos enfocados a poner en manifiesto la interferencia de la luz de dos fuentes fue el realizado por primera vez en 1880 por el científico inglés Thomas Young.

En este experimento una fuente que emite luz monocromática sale de la ranura pequeña con un ancho aproximado de 1 [micrometro]; la luz que sale de la ranura proviene solo de una pequeña región de la fuente luminosa, de manera que la ranura se comporta como una fuente de luz con frentes de ondas cilíndricos. Esta luz ilumina una pantalla con otras dos ranuras, cada una con un ancho aproximado de 1 [mm] y separadas por dos distancias medidas por nosotros previamente.

Los frentes de ondas cilíndricos que emanan de la primera ranura, llegan a la pantalla en fase porque recorren distancias iguales desde el mismo origen. Por lo tanto, las ondas que emergen de las dos ranuras de la segunda pantalla siempre están en fase, por lo que son fuentes coherentes. La interferencia de las ondas coherentes provenientes de las dos ranuras, generan un patrón en el espacio y es proyectado sobre una pantalla lejana.

A continuación daremos a conocer los datos y resultados de este experimento.

Objetivos

• Evidenciar el patrón de interferencia de doble rendija.
• Calcular los valores de longitud de onda de cada láser que sean consistentes con los valores teóricos.

Para esto se medirán las distancias entre las rendijas y la pizarra y distancia entre los dos primeros mínimos del patrón de interferencias de la pizarra. Con estos valores y algunas relaciones trigonométricas y estimaciones será posible llegar a un valor para la longitud de onda del láser.

Marco teorico

• Difracción: fenómeno propio de las ondas que se manifiesta en la aparente flexión de las ondas alrededor de pequeños obstáculos y difusión de las ondas cuando pasan por pequeñas aberturas.
  
• Frecuencia: número de ciclos que pasan por un punto del medio en un determinado tiempo. Su unidad de medida es el Hertz [Hz] que es equivalente a
  [pic 3][pic 2]
• Frentes de Onda: lugar geométrico de todos los puntos adyacentes en los cuales la fase de ubicación de una cantidad física asociada con la onda es la misma, es decir, en cualquier instante, todos los puntos del frente de onda están en la misma parte de su ciclo de variación. Los frentes de onda se desplazan con rapidez igual a la de propagación de la onda. Un rayo es una línea recta a lo largo de la dirección de propagación, perpendicular a los frentes de onda.
                                                                                                                                               Imagen 1: Frentes de onda.

“Todo punto de un frente de onda puede considerarse la fuente de ondas secundarias que se dispersan en todas direcciones con rapidez igual a la rapidez de la propagación de la onda original” (Principio de Huygens).

• Interferencia: se refiere a cualquier situación en la que dos o más ondas se traslapan en el espacio. Cuando esto ocurre, la onda total en cualquier punto y en cualquier instante está gobernada por el principio de superposición.
  Cuando dos ondas coherentes de dos o más fuentes llegan en fase a un punto, la amplitud de la onda resultante es la suma de las amplitudes de las ondas individuales; éstas se refuerzan una a la otra. Esto se llama interferencia constructiva.
  
• Longitud de Onda: mínima distancia entre dos elementos consecutivos del medio que se encuentran en el mismo estado de vibración. Se mide en unidades de longitud y se denota por la letra .[pic 4]

• Onda Electromagnética: perturbación consistente en campos eléctricos y magnéticos que se modifican con el tiempo, capaz de propagarse a través del espacio de una región a otra, aun cuando no exista materia en la región intermedia.
  
  

Materiales utilizados

Para medir se utilizó:

• Flexómetro
• Regla
  

Para el montaje del experimento:

• Láser rojo
• Láser verde
• 4 pares de rendijas con distintas separaciones entre sí.
• Una superficie blanca para proyectar el diagrama de interferencia en cada caso.

Método y descripción del experimento

[pic 5]

 Imagen 2: montaje con laser rojo.

Variables medidas directamente:

• Distancia entre la rendija y la pizarra. Esta fue medida mediante un flexómetro.
• Distancia entre los dos primeros mínimos del patrón sobre la pizarra. Esta fue medida mediante una regla.

Ambos instrumentos de medición nos aportan un error de estimación a la décima de milímetro.

Variables medidas indirectamente:

• Abertura de la rendija. Este valor es indicado por el fabricante.
• Longitud de onda del laser. Este valor es calculado por el grupo mediante relaciones trigonométricas realizadas con los valores conocidos.

El valor de longitud de onda de cada láser está expuesto a un error experimental de medición y aproximación,  sin embargo se encuentra en el rango establecido para cada color de láser.

Resultados

...