Experimento de Young

Notas previas

Dentro del estudio de los fenómenos ondulatorios que se realiza en Bachillerato, tiene especial interés el correspondiente a los fenómenos de interferencias entre dos ondas planas coherentes (misma amplitud y frecuencia), ya que, además del análisis puramente descriptivo, permite realizar un estudio cuantitativo. Esto es posible debido principalmente a que las herramientas matemáticas necesarias son adecuadas para el nivel medio de los alumnos del ciclo.

Generalmente, se suele utilizar el experimento de Young (o de la doble rendija) como ejemplo ilustrativo, y sin excesivas dificultades se pueden deducir las relaciones que permiten fijar las posiciones de los máximos y mínimos de interferencia y su dependencia con la longitud de onda de la luz utilizada, la separación entre las rendijas y la distancia de éstas al plano de observación.

Sería recomendable que todo este tratamiento matemático se hubiese trabajado previamente en el aula, de modo que los alumnos estuviesen familiarizados con la geometría básica del problema, y el trabajo con la aplicación se pudiese centrar principalmente en el estudio de las variables que influyen en las posiciones de los máximos y mínimos de interferencia.

Consideramos innecesario ampliar el experimento a un número de rendijas superior a dos, puesto que cualitativamente no presenta diferencias significativas con el caso de doble rendija, y exige unos conocimientos y rigor matemáticos excesivos.

Descripción del programa

Introducción

La aplicación pretende mostrar los efectos de la interferencia de dos o más ondas planas generadas por una única fuente puntual, así como el fenómeno de la coherencia espacial, comparando los resultados de la interferencia de dos ondas provenientes, o bien de una fuente puntual, de dos fuentes puntuales, o de una fuente extensa.

Desarrollo de la aplicación

Onda plana

La pantalla de inicio se encuentra dividida en cuatro partes claramente diferenciadas, dos de formato gráfico, una de introducción de datos, y una de presentación de resultados.

El primer paso es definir los parámetros característicos de nuestro sistema: número de rendijas (con un mínimo de dos y un máximo de diez), separación entre ellas (de 1 mm a 6 mm), distancia entre el plano de las rendijas y el de observación (de 1 m a 6 m), longitud de onda (variable entre 400 y 700 nm) e índice de refracción del medio (1<n<2). Las modificaciones de estas variables las encontramos reflejadas en la representación superior, donde se nos muestra un esquema del dispositivo experimental: onda plana original, pantalla con las rendijas, ondas esféricas difractadas por las rendijas y pantalla de observación.

En la parte derecha de la pantalla encontramos la zona de resultados. La mitad inferior nos proporciona información sobre los datos introducidos, y añade el cálculo de la distancia entre dos máximos o mínimos consecutivos. En la mitad superior podemos escoger entre tres opciones de representación:

1.- Si representamos la imagen obtenida en el plano de observación, podemos visualizar la intensidad en escala lineal o en escala logarítmica (adecuada para perfiles con variaciones muy acusadas).

2.- Podemos optar por representar un gráfico del perfil de intensidad en función de la distancia respecto del máximo central, que se reescala de forma automática de modo que la intensidad máxima corresponde invariablemente a un valor unitario.

Coherencia espacial (influencia de las dimensiones de la fuente)

En este caso, la intención es analizar el cambio del perfil de intensidades en el experimento de doble rendija debido a la utilización de diferentes fuentes: una única fuente puntual, dos fuentes puntuales o una fuente extensa.

El programa permite modificar la posición de las fuentes:

• Una fuente puntual: se puede desplazar respecto del eje central.

• Dos fuentes puntuales: podemos variar la distancia entre las dos fuentes.

• Fuente extensa: podemos modificar las dimensiones de la fuente.

El parámetro característico que nos permite evaluar la coherencia es el contraste entre las zonas de intensidad máxima y mínima de la imagen: un contraste elevado se traducirá en un factor de visibilidad (V) alto, mientras que un bajo grado de contraste significará un factor de visibilidad menor.

Modificar la posición de la fuente puntual nos provoca un desplazamiento de las franjas, pero no una variación del factor de visibilidad, mientras que hacerlo en los otros dos casos (dos fuentes puntuales y fuente extensa) sí que provoca una modificación en el valor de este factor. En todos los casos, esta variación de los parámetros de la fuente no hace variar la distancia entre las franjas.

Posibilidades de trabajo

Dentro de este apartado, hemos seleccionado un conjunto de actividades que deberían permitir a los alumnos familiarizarse con las posibilidades que ofrece esta aplicación.

(En construcción)