Acerca de este experimento
En 1801, Thomas Young hizo pasar luz por dos rendijas estrechas y vio en una pantalla una serie de franjas claras y oscuras. Las partículas de luz que viajaban en línea recta no podían explicarlo, pero las ondas sí: la luz procedente de las dos rendijas se refuerza donde coinciden las crestas y se cancela donde las crestas coinciden con los valles. Cambia la longitud de onda, la separación entre las rendijas y la distancia a la pantalla; mide la separación entre franjas y observa cómo la anchura de cada rendija superpone un segundo patrón más amplio.
Objetivos de aprendizaje
- Explica las franjas claras y oscuras mediante la diferencia de camino y la superposición
- Usa Δy = λL/d para relacionar la separación entre franjas con la longitud de onda, la distancia a la pantalla y la separación entre rendijas
- Mide una longitud de onda a partir de un patrón de doble rendija
- Describe el patrón de difracción de una rendija y cómo limita las franjas de la doble rendija
- Explica por qué la luz blanca produce una franja central blanca con franjas de colores a los lados.
Cómo usarlo
- 1Con la configuración predeterminada, usa la regla para medir la distancia a lo largo de 5 separaciones entre franjas y divídela entre 5. Compara el resultado con la lectura.
- 2Cambia la longitud de onda de rojo a azul. ¿Se acercan o se alejan las franjas?
- 3Duplica la separación entre las rendijas d. ¿Qué ocurre con la separación entre franjas? Después, duplica la distancia a la pantalla L.
- 4Activa «Mostrar brillo promedio». Encuentra las líneas a lo largo de las cuales la luz de las dos rendijas se cancela.
- 5Cambia a una sola rendija y hazla más estrecha. ¿Por qué se ensancha la banda central?
- 6Vuelve a las dos rendijas y ajusta d para que sea exactamente 5 veces a. Cuenta las franjas brillantes dentro de la banda central. ¿Qué orden falta?
- 7Elige «Luz blanca». ¿Qué color queda en el lado interior de cada franja de color y por qué?
El modelo
Supuestos
- La pantalla está lejos en comparación con la separación entre las rendijas (difracción de Fraunhofer), y la luz es coherente y llega como una onda plana.
- Ambas rendijas tienen la misma anchura y están iluminadas por igual. La intensidad de cada franja se muestra con respecto al máximo central.
- La luz blanca se modela como 31 longitudes de onda de igual intensidad, entre 400 y 700 nm; cada una produce su propio patrón y los patrones se suman.
- La representación de la onda de la izquierda es un esquema: la longitud de onda real es demasiado pequeña para verla, por lo que se dibuja decenas de miles de veces más grande.
Pruébalo en clase
- Q1Luz de longitud de onda de 600 nm pasa por rendijas separadas 0,30 mm y llega a una pantalla situada a 2,0 m. Calcula la separación entre franjas.
- Q2¿Por qué debe ser coherente la luz procedente de las dos rendijas para que aparezcan franjas?
- Q3Un estudiante mide 10 separaciones entre franjas y obtiene 21 mm, con L = 1,5 m y d = 0,45 mm. Calcula la longitud de onda.
- Q4¿Qué verías si se tapara una de las rendijas?
- Q5¿Por qué las franjas se atenúan al alejarse del centro, aunque la fórmula de la doble rendija por sí sola indique que todas tienen el mismo brillo?
Preguntas frecuentes
¿Por qué una menor separación entre las rendijas produce franjas más anchas?
La diferencia de camino entre las dos rendijas es d sinθ. Si d es pequeño, hay que llegar a un ángulo mayor para que la diferencia de camino alcance una longitud de onda completa; por eso, la siguiente franja brillante queda más lejos del centro.
¿Cuál es la diferencia entre interferencia y difracción?
En ambos casos, las ondas se superponen. Por lo general, la interferencia se refiere a ondas procedentes de unas pocas fuentes separadas, como las dos rendijas. La difracción se refiere a ondas procedentes de todos los puntos de una abertura, que se propagan y forman la envolvente amplia.
¿Funciona el experimento con electrones?
Sí. Electrones, neutrones e incluso moléculas grandes, enviados de uno en uno a través de dos rendijas, forman el mismo patrón de franjas, con una longitud de onda dada por la relación de De Broglie λ = h / p.