Condiciones para la interferencia
La superposición de dos ondas mecánicas puede ser
constructiva o destructiva. En la interferencia constructiva, la amplitud de la
onda resultante es mayor que una u otra onda individual, mientras que en la interferencia
destructiva, la amplitud resultante es menor que la onda más grande. Las ondas de luz
también interfieren entre ellas. Fundamentalmente, toda interferencia asociada con ondas
de luz aparece cuando se combinan los campos electromagnéticos que constituyen las ondas
individuales.
Si dos focos de luz se colocan uno al
lado del otro, no se observan efectos de interferencia porque las ondas de luz de cada uno se
emiten independientemente de la otra. Las emisiones de los dos focos no mantienen una
correspondencia de fase constante entre ellos con el tiempo. Las ondas de luz de una
fuente ordinaria, como es un foco, se somete a cambios de fase aleatorios en intervalos
menores a un nanosegundo. Por lo tanto, las condiciones para interferencia constructiva,
interferencia destructiva, o algún estado intermedio, se mantienen sólo durante estos
intervalos de tiempo. Puesto que el ojo humano no puede seguir cambios tan rápidos, no se
observan efectos de interferencia. Se dice que estas fuentes de luz son incoherentes.
Para observar interferencia en
ondas de dos fuentes, debe cumplir las siguientes condiciones:
- Las fuentes deben ser coherentes, es decir, deben mantener una fase constante respecto de otra.
- Las fuentes deben ser monocromáticas, es decir, de una sola longitud de onda.
Por ejemplo, las ondas de sonido
de una sola frecuencia emitidas por dos altavoces colocados uno al lado del otro y
activados por un solo amplificador pueden interferir entre sí porque los dos altavoces
son coherentes, es decir, responden al amplificador de la misma forma en el mismo
tiempo.
Experimento de doble rendija de Young
Un método común para producir dos
fuentes de luz coherentes consiste en usar una fuente monocromática para
iluminar una barrera que contenga dos pequeñas aberturas, por lo general en
forma de ranuras. La luz que sale de las dos ranuras es coherente porque una
sola fuente produce el rayo de luz original y las dos ranuras sirven sólo para
separar el rayo original en dos partes (que, después de todo, es lo que sucede
con la señal de sonido desde los dos altavoces anteriores). Cualquier cambio
aleatorio en la luz emitida por la fuente se presenta en ambos rayos al mismo
tiempo y, en consecuencia, se observan efectos de interferencia cuando la luz
de las dos ranuras llega a una pantalla de observación.
Si la luz se mueve sólo en su
dirección original después de pasar por las ranuras, como se muestra en la figura,
las ondas no se traslaparían y no se vería patrón de interferencia alguna. En lugar de ello, según el principio de Huygens, las ondas se
extienden desde las ranuras.
En otras palabras, la luz se desvía
de una trayectoria recta y penetra en la región que de otro modo estaría sombreada, esta divergencia de luz a partir de su línea inicial de
recorrido se denomina difracción.La interferencia en ondas de luz de dos fuentes fue demostrada primero por Thomas Young en 1801.
Las ondas planas llegan a una
barrera que contiene dos ranuras paralelas S1 y S2. La luz de S1 y S2 produce, en una
pantalla, una configuración visible de bandas brillantes y oscuras paralelas llamadas franjas. Cuando la luz desde S1 y desde S2 llega a un punto tal en la pantalla que
ocurre interferencia constructiva en ese lugar, aparece una franja brillante. Cuando la
luz de las dos ranuras se combina destructivamente en cualquier lugar sobre la
pantalla, resulta una franja oscura.
Ondas en Interferencia. El experimento de doble
rendija de Young sirve como prototipo para fenómenos de interferencia que
involucran radiación electromagnética. En este experimento, dos rendijas
separadas por una distancia d se iluminan mediante una fuente de luz de una
sola longitud de onda.
Las condiciones para franjas brillantes (interferencia constructiva) y para franjas oscuras (interferencia
destructiva) son:
El número m es el número de orden de la franja.
También es útil obtener expresiones para las posiciones lineales observadas a lo largo de la pantalla desde O hasta P. A partir del triángulo OPQ de la figura, las posiciones lineales de las franjas brillante y oscura son:
