Difracción a través de una sola hendidura
La difracción también ocurre cuando una onda pasa a través de un hueco (o hendidura) en una barrera. Esto se muestra en las dos animaciones a continuación. La diferencia entre las películas es el tamaño de la brecha.
Cuando cambia el tamaño de la brecha, ¿cómo afecta esto a la difracción de onda? ¿Cuándo se produce la difracción máxima? (Piense en sus hallazgos anteriores sobre la difracción del sonido alrededor de un obstáculo).
Cuando el ancho de espacio es mayor que la longitud de onda (película inferior), la onda pasa a través del espacio y no se extiende mucho por el otro lado. Cuando el tamaño del espacio es menor que la longitud de onda (película superior), se produce más difracción y las ondas se extienden en gran medida, los frentes de onda son casi semicirculares.
Principio de Huygen
Una forma de explicar los efectos de la difracción es utilizar un método matemático inventado por el físico del siglo XVII Christiaan Huygens.
Huygens argumentó que un frente de onda podría modelarse como una serie de wavelets. Una onduleta se puede describir como una onda circular muy parecida a la ondulación que se obtendría al dejar caer un pequeño guijarro en un estanque. Estas ondas se superponen e interfieren para formar frentes de onda más complicados. Por ejemplo, si se cae un número de guijarros en una línea recta, todo de una sola vez exactamente al mismo tiempo, se creará un frente de onda recto (en el plano de la ciencia). El video a continuación muestra cómo puede usar este método para averiguar cómo se alteran los frentes de onda por una hendidura.
Difracción A través de Dos Ranuras
Experimento de Young
Hasta ahora solo hemos considerado el caso de una sola ranura o hueco para que la onda pase. ¿Qué sucede si hay dos o más ranuras? Terminaremos con dos o más ondas de difracción, que podríamos esperar que interfieran entre sí.
A continuación se muestra una simulación de difracción a través de dos ranuras. El experimento lleva el nombre del tipo que lo llevó a cabo por primera vez, el experimento de doble rendija de Young. Echa un vistazo a lo que está sucediendo a la derecha de las aberturas. Hay un patrón? ¿Qué crea esto? ¿La amplitud es mayor en algunos lugares que en otros?
A la derecha de las hendiduras, las olas interfieren entre sí. De hecho, puede generar los mismos patrones colocando dos fuentes donde están las ranuras. El sonido a través de cada hendidura difracta e irradia como dos fuentes puntuales. Así que los patrones que están observando son muy similares a los de dos fuentes cuya radiación de onda interfiere entre sí. Es posible que desee echar otro vistazo a las páginas sobre interferencia: todas las formulaciones y conceptos son aplicables al experimento de doble rendija de Young. Este video a continuación muestra muy bien esto usando olas de agua en un estanque.
Piense en retrospectiva: si estamos tratando con la interferencia de dos fuentes, habrá lugares donde las ondas están en fase y causan interferencia constructiva, y otros lugares donde las ondas están fuera de fase e interfieren destructivamente. En un ejemplo de audio, las dos ranuras podrían reemplazarse por dos altavoces, y los máximos y mínimos en la superposición de ondas corresponderían a ubicaciones de volumen y silencio.
Oíamos estas áreas ruidosas / tranquilas una tras otra mientras nos movíamos en un arco frente a los altavoces, se llaman franjas de Young. Si el experimento se lleva a cabo utilizando ondas de luz, se obtienen lugares brillantes para interferencias constructivas y lugares oscuros para interferencias destructivas. Young usó este experimento para medir la longitud de onda de la luz.
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