Acerca de este experimento
Cuando dos vibradores golpean al mismo tiempo el agua de una cubeta de ondas, sus ondas circulares se superponen. Cuando una cresta coincide con otra cresta, el agua se mueve con intensidad; cuando una cresta coincide con un valle, el agua permanece casi quieta. El resultado es un patrón fijo de líneas tranquilas que se extienden desde el espacio entre las fuentes. Cambia la separación y la longitud de onda, haz que una fuente vibre en oposición de fase y arrastra la sonda para medir la diferencia de camino que determina lo que ocurre en cada punto.
Objetivos de aprendizaje
- Enuncia el principio de superposición para dos ondas que se superponen.
- Explica la interferencia constructiva y destructiva en función de la diferencia de camino.
- Predice cómo dependen el número y la separación de las líneas nodales de la longitud de onda y de la separación entre las fuentes.
- Explica por qué se necesitan fuentes coherentes para obtener un patrón de interferencia estable.
- Relaciona el patrón de la cubeta de ondas con la interferencia de doble rendija de la luz y el sonido.
Cómo usarlo
- 1Observa las ondas con la configuración predeterminada. Encuentra las líneas tranquilas donde el agua apenas se mueve.
- 2Arrastra la sonda hasta una línea de poco movimiento y lee la diferencia de caminos. Repítelo en una línea de movimiento intenso. ¿Qué observas en los números?
- 3Activa «Mostrar líneas nodales» y compáralas con el patrón. Después, cambia a «Intensidad media».
- 4Aumenta la distancia entre las fuentes. ¿Cómo cambia el número de líneas nodales? Compáralo con 2d/λ.
- 5Aumenta la longitud de onda. ¿Las líneas se separan o se juntan?
- 6Configura las fuentes para que vibren en oposición de fase. ¿Qué ocurre a lo largo de la línea central entre ellas?
El modelo
Supuestos
- Ambas fuentes tienen la misma frecuencia y la misma intensidad, y una diferencia de fase fija (fuentes coherentes).
- Cada onda circular se debilita en proporción a uno dividido por la raíz cuadrada de la distancia, como las ondas que se propagan sobre una superficie. El agua no tiene fricción y el tanque no tiene paredes, por lo que no hay reflexiones.
- La velocidad de las ondas se fija en 20 cm/s para la animación. El patrón depende únicamente de la longitud de onda y de la separación.
- La diferencia de camino se expresa en longitudes de onda. La interferencia se considera constructiva cuando está a menos de 0,08 de un número entero, y destructiva cuando está a menos de 0,08 de un número semientero.
Pruébalo en clase
- Q1¿Por qué la línea central siempre es una línea de movimiento intenso cuando las fuentes vibran en fase?
- Q2Dos altavoces reproducen la misma nota. ¿Por qué en algunos lugares de una habitación se oye más bajo que en otros?
- Q3¿Cuántas líneas nodales esperarías para dos fuentes separadas 10 cm y una longitud de onda de 2 cm?
- Q4¿Por qué dos linternas independientes no producen un patrón de interferencia visible en una pared?
- Q5Los auriculares con cancelación de ruido utilizan la interferencia destructiva. ¿Qué deben producir los auriculares?
Preguntas frecuentes
¿Desaparece la energía en una línea nodal?
No. La energía no se destruye, sino que se redistribuye. Llega menos energía a lo largo de las líneas nodales y más a lo largo de las líneas de interferencia constructiva, por lo que la energía total es la misma que sin interferencia.
¿Qué diferencia hay entre una línea nodal aquí y un nodo en una cuerda?
Ambos son lugares donde dos ondas se anulan siempre. En una cuerda, las dos ondas viajan en direcciones opuestas y forman una onda estacionaria. En una cubeta de ondas, las ondas proceden de dos fuentes, y los puntos en calma forman curvas llamadas hipérbolas.
¿Qué relación tiene esto con el experimento de la doble rendija?
Cada rendija actúa como una de las dos fuentes. Las franjas brillantes y oscuras de la pantalla aparecen donde las líneas de interferencia constructiva y destructiva se encuentran con ella, y se aplica la misma condición d sin θ = mλ.