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Facultad de Ciencias e Ingenierías Departamento de Física Asignatura: Laboratorio IV Practica 6: Interferencia y Difracción de la luz, Cubeta de ondas. Profesor: Lic. José Ignacio Díaz. Integrantes:

No de Carnet:

Br. Darling Castro Hidalgo.

15048950

Br. David Díaz. Br. Estefany Quiroz Blanco.

15044473

Br. Juray Ariel Mendoza.

14046486

Br. Ninoska Maltéz Pérez.

13017897

Br. Yader Rosales.

15045903

Carreras: Lic. Física con mención en Geofísica y Física Médica. Año: IV. Fecha de realización: 11 de octubre del 2018. Fecha de entrega: 18 de octubre del 2018.

Resumen. La realización de la práctica consistió en analizar el comportamiento de la luz sobre un medio que es el agua, estas longitudes de ondas se propagan y forman los fenómenos de la interferencia y difracción de la luz en ondas planas y esféricas, estos efectos se observaron atravez de distintos obstáculos utilizados en la práctica.

Palabras claves. Interferencia de la luz. Difracción de la luz. Ondas esféricas y planas.

I.

Introducción.

Resulta interesante que el movimiento ondulatorio se puede considerar como una propagación de energía y cantidad de movimiento desde un punto del espacio a otro sin transporte de materia. Dicha propagación

puede tener lugar mediante ondas

electromagnéticas (luz visible, microondas etc) u ondas mecánicas (ondas en el agua, en una cuerda, onda sonora etc). En definición la onda plana o también llamada onda mono dimensional es una onda de frecuencia constante cuyos frentes de onda (superficies con fase constante) son planos paralelos de amplitud constante normales al vector velocidad de fase como se muestra en la figura 1. Una onda esférica es aquella onda tridimensional cuyos frentes de ondas para un observador en reposo respecto a la fuente y el medio en el que se propaga son esferas concéntricas cuyos centros coinciden con la posición de la fuente de perturbación como se muestra en la figura 2.

Figura 1: Ondas planas.

Figura 2: Ondas Esféricas. La interferencia es la combinación por la superposición de dos o más ondas que se encuentran en un punto del espacio.

Figura 3: Interferencia de la luz experimento de Young para demostrar que pasa por dos ranuras.(FREEDMAN, 2009, pág. 1211) La difracción es la desviación que sufren las ondas alrededor de los bordes y esquinas que se produce cuando una porción de un frente de ondas se ve cortado o interrumpido por una barrera u obstáculo. Figura 4: Difracción de una ranura rectangular. El presente informe tiene el propósito de dar a conocer el comportamiento de las ondas planas y esféricas ante obstáculos grandes y pequeños y que fenómenos de la propagación de las ondas como la interferencia y difracción de la luz se cumple en dicha práctica.

II.

Materiales y Métodos.

Para realizar dicha práctica se hizo uso de los siguientes materiales mencionados a continuación: Cubeta de onda. Vibrador electromagnético. Excitadores puntiforme. Estroboscopio de luz led con regulación de frecuencia y amplitud. Base soporte. Alimentador electrónico. Obstáculos.

Procedimiento Los pasos a seguir en esta práctica fueron los siguientes: A. Ondas Planas. 1- Se observó los frentes de ondas y se caracterizó (completando el correspondiente dibujo explicativo) por su longitud de onda y su dirección de propagación. 2- Se apuntó lo que se observó al variar la frecuencia. B. Dependencia de la longitud de onda con la profundidad del agua. 1- Se colocó la pieza rectangular en el fondo de la cubeta, se obtendrá zonas de diferente profundidad. 2- Se dibujó los frentes de ondas que se observó tanto sobre la pieza como antes y después de la misma. 3- Se explicó cómo influye la profundidad del agua en la longitud de onda y en la velocidad de las frentes. 4- Se explicó la diferencia entre un medio material y un medio de propagación.

C. Comportamiento de las ondas frente a una rendija estrecha/ ancha. 1-Se construyó un obstáculo de forma que tenga una rendija de tamaño comparable con la longitud de onda del frente incidente. 2-Se dibujó los efectos producidos por la rendija. 3- Se cambió la rendija anterior por una pieza que produzca múltiples ondas elementales alineadas y se dibujó lo que se observó. 4- Se construyó un obstáculo de forma que tenga una rendija de aproximadamente de 5 cm y se dibujó lo observado. D. Comportamiento de las ondas frentes a un obstáculo pequeño. 1- Se colocó un obstáculo pequeño tal y como se señaló en el dibujo explicativo y se apuntó lo que se observó. 2- Se varió la frecuencia de vibración y se observó si había algún cambio.

III.

Análisis de Resultados.

En la práctica realizada se observó que la formación de las ondas circulares o planas en la cubeta de agua se forma por medio de una fuente vibratoria la cual se hace vibrar unos excitadores puntiforme que golpean al agua para generar las ondas. Pudimos visualizar que en las ondas esféricas se presentó el fenómeno de la interferencia como se muestra a continuación en la figura.

Figura 6: Interferencia en ondas esféricas. Al colocar el obstáculos rectangular uniforme que se muestra en la figura se pudo visualizar que en las ondas planas y esféricas las posiciones son iguales son paralelamente con el objeto.

Figura 7: Obstáculo rectangular uniforme. En el caso cuando se colocó el obstáculo cóncavo en las ondas esféricas y planas se deformaban a este lo llamamos difracción como podemos observar en la figura que se muestra a continuación. Figura 7: Obstáculo cóncavo. Al colocar el obstáculo de la figura 7 se pudo observar el paso normal de las ondas esféricas y planas. .

IV.

Actividades presenciales / Realice lo siguiente:

A. FRENTES DE ONDAS PLANAS A. a. observe los frentes de ondas y caracterízalas (completando el correspondiente dibujo explicativo) por su longitud de onda y su dirección de propagación, En la primera experiencia observamos la propagación de ondas planas, llamada también mono dimensional, se propaga en una sola dirección a lo largo del espacio. Experimentamos que si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de ondas son planas y paralelas. b. apune lo que observa al variar la frecuencia. Al variar frecuencia y ubicar una escala menor disminuye la propagación asiéndose notar lenta, y al aumentarla la frecuencia fluye con mayor rapidez notándose más exactas las ondas obviamente si excedemos demasiado la frecuencia se distorsiona el efecto de onda.

B. DEPENDENCIA DE LA LONGITUD DE ONDA CON LA PROFUNDIDAD DEL AGUA AL COLOCAR LA PIEZA RECTANGULAR EN EL FONDO DE LA CUBETA, OBTENDRÁ ZONAS DE DIFERENTE PROFUNDIDAD. a. Dibuje los frentes de ondas que observa tanto sobre la pieza como antes y después de la misma. b. Explique cómo influye la profundidad del agua en la longitud de ondas y en la velocidad de los frentes. Mientras la profundidad del agua no supere la longitud de la onda, la velocidad de la onda aumenta con dicha profundidad, esto es notorio cuando menor es la profundidad del agua. c. Explique la diferencia entre un medio material y un medio de propagación. El medio material para su propagación transporta sólido, líquido o gaseoso, y el medio de propagación no necesariamente necesita un medio de propagación porque puede viajar en el vacío.

C. COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS FRENTE A UNA RENDIJA ESTRECHA / ANCHA a. Construya un obstáculo de forma que tenga una rendija de tamaño comparable con la longitud de onda del frente incidente. Al construir una rejilla casi del tamaño de longitud de la onda, comprobamos que la difracción es más notable cuando la abertura es del tamaño de la onda. Al construir una rejilla muy angosta se comprobó que cualquier onda que pasa por una abertura experimenta difracción. Difracción significa que la onda se dispersa del otro lado de la abertura en vez de que la abertura proyecte una sombra definida. b. Dibuje los efectos producidos por la rendija. c. Cambie la rendija anterior por una pieza que produzca múltiples ondas elementales alineadas y dibuje lo que observa. Se forma un dispositivo llamado rejilla de difracción. Una rejilla de difracción tiene un gran número de rendijas o rayas colocadas muy juntas formando ondas contrastivas. d. Siguiendo el esquema, construya un obstáculo de forma que tenga una rendija de aproximadamente 5 cm. Dibuje lo observado. Al construir el obstáculo con aproximadamente 5 cm de rejilla notamos que hay la distracción constructiva dando origen a un nuevo patrón de ondas circulares. D. COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS FRENTE A UN OBSTÁCULO PEQUEÑO. a. Coloque un obstáculo pequeño tal y como señala en el dibujo explicativo y apunte lo que observa. Al pasar por el obstáculo se divide en otras dos que toman dos trayectorias separadas pero con dirección fija. b. Varíe la frecuencia de vibración y apunte si observa algún cambio. Al variar la frecuencia se hace notar más lentas, de igual manera si la frecuencia la aumentamos se hace notar más rápidas las oscilaciones

V.

Actividades finales / Complete y seleccione la respuesta correcta según sea el caso.

 El movimiento ondulatorio se puede considerar como una propagación de _energíay _movimiento, desde un punto del espacio a otro sin transporte de materia.  Las ondas superficiales en un líquido se originan cuando una porción del líquido en la superficie libre se desplaza de su posición de _equilibrio  La velocidad (𝑣) de propagación de las ondas dependerá de su medio las fuerzas recuperadoras que actúen sobre el líquido, que pueden ser externas como la _gravitatoria_ o internas, como la _tensión superficial_ y la _densidad_ del medio.  Tomado

de

http://www.laser.uvigo.es/docencia/teleco/f2.05/pdf/f2_cub_05.pdf

Editado por: Lic. José Ignacio Díaz López. Aplicaciones  Las ondas sísmicas son ondas mecánicas, ya que necesitan de un medio material para propagarse. Estas ondas sólo transmiten la energía liberada en el terremoto, no transportan materia.  Las ondas P son ondas longitudinales que provoca que las rocas se muevan hacia atrás y hacia adelante.  Las ondas S son ondas transversales que provocan que las rocas se muevan hacia los lados o de arriba y abajo.  Una perturbación sobre un medio, como la de una piedra al chocar sobre una superficie de agua tranquila, transporta básicamente: Energía y partículas b) Partículas c) Energía d) No sé

 Las olas producidas en un estadio de fútbol por los espectadores son un ejemplo de ondas. a) Verdadero

b) Falso c) No sé

VI. CONCLUSIONES 1. Finalmente dentro de todo el análisis físico de las ondas es que están presentes en nuestro alrededor como las ondas mecánicas que usan un medio para propagarse, al igual que las ondas electromagnéticas que viajan a través del espacio a la velocidad de la luz o como las ondas gravitacionales que hasta no ha sido posible detectarlas aunque se sabe que existen. 2. En conclusión sabemos que en toda onda actúa un periodo, una amplitud, una frecuencia, una longitud de onda y una velocidad. 3. Este experimento nos permitió ver las ondas que se produjeron en la superficie de un liquido, en cual se sintetizó la parte física, en efecto nos referimos a la velocidad antes dicha, y esta velocidad no es constante sino que depende de la frecuencia y la profundidad del liquido. 4. Con respecto al fenómeno producido por los movimientos ondulatorios, la interferencia ha sido plenamente vista y las partículas cuando colisionaban se desviaban mutuamente, y las ondas pueden cruzarse luego proseguir su camino. 5. Ahora bien so estos movimientos ondulatorios se propagan en todas direcciones después de pasar por la abertura o bordear el obstáculo, concluimos que el fenómeno dado cuando es parecido a la longitud de onda del frente o de dimensiones reducida se produce la difracción.

ANEXOS

Representación de ondas esféricas y planas. Fuente propia.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Eisberg, Lerner. Física. Fundamentos y Aplicaciones. Editorial McGraw-Hill (1983).

2. Gettys, Keller, Skove. Física Clásica y Moderna. Editorial McGraw-Hill (1991).

3. Burbano S., Burbano E., Gracia C. Física General. Editorial Tebar (2004)

4. Goldemberg. Física general y experimental. Editorial Interamericana (1972).

5. Sears, Zemansky, Young. Física Universitaria. Editorial Fondo Educativo Interamericano (1986).

6. FREEDMAN, Y. (2009). Fisica Universitaria con Fisica Moderna. Mexico: Pearson. 7. tecnun. (s.f.). Interferencia y Difraccion. Obtenido de http://www.fisica.ru/dfmg/teacher/archivos/Interferencia_y_difraccion.pdf