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*ACTIVIDAD 4. Difracción de la Luz y Rejillas*

documento preparado por esther londoño a

Tema: Rejillas y Difracción de la Luz.

Objetivo: reconocer y expresar con coherencia y claridad como se Difracta la Luz a través de rendijas rectangulares sencillas y dobles, aberturas circulares, y rejillas de difracción; las condiciones que debe cumplir una fuente de luz para que produzca un patrón de difracción observable; e interpretar las fórmulas que definen la posición de los máximos y mínimos en un patrón de difracción; la diferencia entre la difracción de Fresnel y la difracción de Fraunhofer y los principios físicos en que se fundamentan; la realización de ejercicios numéricos relacionados con el fenómeno de difracción. Para ello debe responder el cuestionario 4. Difraccion de la luz y construir un glosario con un mínimo de 10 términos relacionados con el fenómeno de difracción

Dinámica de la Actividad: a continuación presenta un cuestionario con nueve (9) preguntas relacionadas con la Difracción de la Luz y la formación de imágenes a través de diferentes Rejillas de Difracción. Se espera que infiera cada respuesta y Construya un glosario con un mínimo de 10 términos relacionados con el fenómeno de difracción, después de hacer una exploración bibliográfica libre y espontáneamente, después de ver los videos recomendados.

Realice un glosario de con un mínimo de 10 términos y construir un mapa conceptual a partir del concepto general Difracción de la Luz, después de estudiar la orientación teórica, explorar los esquemas y fotografías indicados, visitar al menos un enlace y/o consultar los textos que aparecen referenciados en el tema bibliografía y que se encuentran disponibles en la biblioteca de la institución.

Orientación Teórica: en general el fenómeno de la difracción se presenta cuando una onda interactúa con objetos cuyas dimensiones son comparables con su longitud de onda.

La longitud de onda de la luz visible está en el rango entre 780 nm y 390 nm aproximadamente.

Para que la luz pueda producir un patrón de difracción observable, ésta debe interactuar con objetos que posean dimensiones comparables con estos valores; es por esta razón que el fenómeno no es fácilmente apreciable a simple vista siendo necesarias ciertas condiciones de laboratorio para ser observado.

A su vez el estudio de la difracción puede dividirse en dos partes: la difracción de Fraunhofer y la difracción de Fresnel.

En la difracción de Fraunhofer se supone que en el objeto inciden y emergen ondas planas. Entre el objeto y la pantalla sobre la cual se observa el patrón, hay una distancia grande comparada con las dimensiones del objeto. En la difracción de Fresnel hay una distancia finita entre la fuente puntual de las ondas incidentes y el punto de observación desde el cual se las ve, o ambos, están a una distancia finita del objeto. El dispositivo experimental que se utiliza en este laboratorio coincide con la concepción de Fraunhofer de la difracción.

Frunhofer hace el estudio de la difracción producido por la incidencia de la luz en una rendija rectangular, en una rendija doble, en una abertura circular y en una rejilla de difracción.

1 Difracción de Fraunhofer por una rendija rectangular

La teoría asociada con la difracción por una rendija rectangular considera una rendija muy angosta (de las dimensiones de la longitud de onda de la luz) y muy larga. En concordancia con el principio de Huygens ( cada punto del frente de onda plano se convierte en fuente de pequeñas ondas esféricas secundarias; estas onditas, llamadas ondas difractadas, luego se recombinan constructiva o destructivamente en una pantalla sobre la cual es posible observar un patrón de difracción cuya distribución de intensidad luminosa a lo largo de ella, corresponde una onda seno central rodeada a ambos lados por ondas seno de menor amplitud que se amortiguan (figura 1).

Figura 1. Consulte la representación gráfica de la Distribución de intensidad en el diagrama de difracción de una rendija angosta y larga.

En la practica lo que se observa en la pantalla es una zona muy brillante central acompañada de una serie de zonas brillantes y oscuras (las brillantes cada vez de intensidad menor), alternadamente alrededor de dicho máximo. (Figura 1.)

La condición para que haya interferencia destructiva en la pantalla (donde se proyecta el fenómeno) debe cumplir la siguiente relación:

Bsen Ѳ = m*λ; para m = 1, 2, 3,.... (ecuación 1)

Donde:

b es el ancho de la rendija, Ѳ es la separación angular entre el centro del máximo central y el centro de los mínimos observados, m es el orden del patrón de difracción para mínimos de intensidad y Ѳ es la longitud de onda de la luz incidente

2 Difracción de Fraunhofer por una rendija doble

El patrón de difracción por dos rendijas paralelas iguales, resulta de la interferencia de los dos patrones de difracción provenientes de cada una de las rendijas. Lo que se observa en la pantalla es un patrón de interferencia de Young producido por dos rendijas rectangulares modulado por un patrón de difracción de Fraunhofer por una rendija rectangular. En este caso los máximos de interferencia están dados por la siguiente expresión:

dsenѲ = mλ; donde m = 1, 2, 3 (ecuación 2)

Donde:

d es la distancia entre las dos rendijas, Ѳ es la separación angular entre el máximo de interferencia central y los máximos secundarios, m es el orden del patrón de difracción para los bf máximos de interferencia y λ la longitud de onda de la luz.

Figura 2. Consulte el Diagrama de difracción de Fraunhofer producido por una rendija angosta y larga. 

Figura 3. Consulte el Diagrama de difracción de Fraunhofer debido a dos rendijas paralelas angostas y largas.

3 Difracción de Fraunhofer por una abertura circular

La difracción de Fraunhofer por una abertura circular presenta muchas características similares a la difracción de Fraunhofer por una rendija rectangular, sólo que en el caso de la abertura circular el patrón de difracción consiste en una serie de círculos similares de intensidad decreciente. La condición de interferencia destructiva correspondiente al primer disco oscuro está dada por la expresión:

DsenѲ = 1.22λ ( ecuación .3)

Donde:

D es el diámetro de la abertura circular, Ѳ es la separación angular entre el centro del disco brillante central y el primer disco oscuro y λ es la longitud de onda de la luz utilizada para obtener el patrón de difracción. Así, midiendo Ѳ y conocida la longitud de onda λ, se puede determinar el diámetro de la abertura circular.

Figura 4. Consulte la representación gráfica de la Difracción de Fraunhofer por una rendija circular.

Figura 5. Consulte la representación gráfica de la Distribución de intensidad producida por una red de difracción sobre un plano normal a la luz incidente y paralelo a la red.

Rejilla de Difracción

La rejilla de difracción consiste en un gran numero de rendijas paralelas idénticas de ancho b y separadas una distancia d. Cuando la rejilla es iluminada convenientemente, el patrón observado en la pantalla consiste en la distribución de interferencia producida por N rendijas, modulado por un patrón de difracción de una sola rendija. En la práctica lo que se observa es una forma parecida al patrón de difracción para la rendija doble extendida al caso de N rendijas. En este caso la condición para interferencia constructiva está dada por la expresión:

dsenѲ = mλ (ecuación 4)

Donde:

d es la distancia entre las rendijas o constante de la rejilla, Ѳ es la separación angular entre los máximos secundarios y el máximo central, m es el orden del patrón de difracción para máximos de intensidad, λ es la longitud de onda de la luz utilizada para obtener el patrón de difracción.

 Figura 6. Busque fotografías de una rendija larga y angosta para el estudio de la difracción de Franunhofer

 Figura 7. Busque fotografías sobre el Montaje de la diapositiva en un banco óptico.

 Figura 8: Busque fotografías de una Pantalla acrílica semirefrectiva para el experimento de difracción de Fraunhofer.

Glosario-Difracción de la Luz

Construya un glosario con un mínimo de 10 términos relacionados con el fenómeno de difracción

Cuestionario 4. Difracción de la Luz

1. ¿En qué consiste el fenómeno de difracción de la luz?

2. ¿Qué condiciones debe cumplir una fuente de luz para que produzca un patrón de difracción observable?

3. ¿Cuáles son las fórmulas que definen la posición de los máximos y mínimos en un patrón de difracción y qué significa cada término?

4. ¿Cuál es la diferencia entre la difracción de Fresnel y la difracción de Fraunhofer? ¿Están fundamentadas en principios físicos diferentes? explique

5. Represente gráficamente la distribución de intensidad producida por una red de difracción sobre un plano normal a la luz incidente y paralelo a la red.

6. Represente gráficamente la difracción de Fraunhofer por una rendija circular

7. Haga un diagrama de difracción de Fraunhofer debido a una rendija paralela angosta y larga

8. Haga un diagrama de difracción de Fraunhofer debido a dos rendijas paralelas angostas y largas

9. Haga un diagrama de difracción de Fraunhofer debido a un agujero circular

 Videos recomendados Actividad 4:

A4-1-Difraccion de la luz-Experimento

http://www.youtube.com/watch?v=Gvt06sYjxyM

A4-2-Doble ranura

http://www.youtube.com/watch?v=x53UGGB7XMI

A5-3 Espectro de luz blanca

http://www.youtube.com/watch?v=AVydEC-OMds&feature=related

 

Bibliografía consultada: cite las fuentes consultadas diferentes a los videos recomendados.

forma de realización: a mano, excelente presentación, buena orotografái y redacción, coherencia y claridad. Preferiblemente en hoja de cuadernillo. NO recibo trabajos en PC,  como lo anuncié en clase..

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