Otras carreras Interferometro de Michelson

[LauraLopez]

Tengo un ejercicio practico sobre este tema,pero antes quiero entender que es esto de interferometro de Michelson. Lo lei en el tipler pero no comprendi bien como funciona o cual es la idea de esto...alguien me lo puede explicar un poco?

Se veran franjas de interferencia como en el experimento de young? o sea brillantes y oscuras?

Se usa luz poli o monocromatica en el interferometro de michelson? que diferencia hay entre usar una u otra?

Gracias

[arivasm]

Re: Interferometro de Michelson

Se trata de un instrumento crucial para la historia de la Física, pues fue utilizado en una de los experimentos más importantes de la misma: la experiencia de Michelson y Morley. En esencia se trata de un instrumento que permite la medida de distancias.

Tienes una descripción sencilla en esta imagen: http://scienceworld.wolfram.com/physics/fimg192.gif La diferencia entre las distancias l1 y l2 es la causa de la interferencia.

Por supuesto, se usa luz monocromática, para que la figura de interferencia sea nítida y no el resultado de superponer las de diferentes colores (algo que resulta muy bonito, pero que entorpecería las medidas!)

Hay un buen simulador en esta dirección: http://www.ub.edu/javaoptics/applets/MichelEs.html (tienes más simulaciones interesantes, de este grupo aquí: http://www.ub.edu/javaoptics/index-es.html)

Como verás, lo que se observa es círculos concéntricos.

La imagen que se observa son círculos concéntricos

[LauraLopez]

Re: Interferometro de Michelson

mmmm porque se ven circulos y no franjas como en la experiencia de Young?

Bueno entonces en el punto donde esta el ojo llegan 2 rayos que interfieren porque las distancias l1 y l2 son distintas, a su vez hay desfasaje de 180 o no? en el libro dice que el espejo de arriba que llama M2 es movil, no entiendo bien que sucede cundo se empieza a mover este espejo que pasara?

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Lo que esta en el medio entre los 2 espejos es una pelicula delgada?

[arivasm]

Re: Interferometro de Michelson

En realidad pueden observarse tanto círculos como franjas, dependiendo de cómo sea exactamente la fuente de luz y también de si los espejos están orientados perfectamente perpendiculares a la marcha del haz o no (las franjas equivaldrían a círculos cuyo centro está lejos de la parte visible de la imagen). Puedes leer al respecto (incluidas imágenes del caso policromático) en esta entrada de Wikipedia inglesa: http://en.wikipedia.org/wiki/Michelson_interferometer

La movilidad de uno de los espejos es la clave de la potencia de este instrumento para medida de distancias: al cambiar una de las longitudes cambiará el patrón de interferencia. El desplazamiento de éste permite determinar el cambio en dicha distancia, con una precisión enorme (determinada por la longitud de onda de la luz).

[LauraLopez]

Re: Interferometro de Michelson

entonces lo que esta en el medio entre los 2 espejos es una pelicula delgada? habra desfasaje de 180 en los 2 rayos?.

Sigo sin entender porque a veces habra circulos y porque otra veces habra franjas....no logro comprender de que dependera esto creo.

POr ejemplo si el espejo lo muevo tita grados esto que implicara? el espesor del espejo es el mismo, pero ahora al cambiar el tita seria como que cambio el angulo de incidencia en analogia con lo que haciamos en peliculas delgadas? o sea por ende cambiara la longitud de camino y entonces cambia el desfasaje?

[arivasm]

Re: Interferometro de Michelson

Entre los dos espejos no hay una película delgada, sino un divisor de haz. Puedes hacerte uno con un simple fragmento de cristal semirreflectante (esos que usan para ventanas que parecen espejos, o los que salen en las películas de policías y que usan para observar desde un cuarto oscuro los interrogatorios a gente -que creen estar ante un espejo-).

Sobre los círculos y las franjas, podemos entenderlo de la siguiente manera: si la fuente fuese puntual los rayos que llegan al detector no habrán seguido exactamente las mismas distancias en el centro de la imagen que en los bordes (sucede lo mismo si proyectas una fuente de luz puntual contra una pantalla plana: la distancia fuente-pantalla sólo se corresponderá con los rayos del centro de la imagen, el resto habrá viajado más distancia). Como en el interferómetro las distancias son diferentes a medida que nos apartamos del centro de la imagen, ésta irá pasando una sucesión de condiciones de interferencia, pero siempre la misma para puntos del detector que estén a la misma distancia del centro.

Para las franjas, el sistema tiene que estar desalineado, de manera que la luz que llegue al detector no sea la del centro de la imagen. Es decir, equivale a desplazar mucho el centro, de manera que se vea una porción lateral de los círculos concéntricos. Por supuesto, en ese tipo de interferómetro de Michelson los ángulos de los espejos no se ponen al tuntún, sino de manera que la imagen sea la esperada.

[LauraLopez]

Re: Interferometro de Michelson

entonces el unico causante del desfasaje es la distancia de caminos no? y que funcion cumple el dividor de haz del medio? no entiendo bien que hace....

NO entiendo tambien que produce mover el espejo... o sea muevo el espejo y entonces tengo distinta diferencia de caminos y por ende las ondas interfieren de manera distinta no? pero esto como ayuda para lograr algo productivo? como decir q me decis que se puede medir una distancia. Adema si muevo el espejo un angulo tita tendre que la diferencia de caminos aunmenta en 1 solo rayo no? el otro seguira con la misma fase
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Lo de los circulos y las franjas nose como lograr convencerme pero en serio que sigo muy perdida en porque razon son circulos o porque a veces son franjas

[arivasm]

Re: Interferometro de Michelson

El divisor del haz tiene dos finalidades: que la (misma) onda se divida en dos, que después podrán recorrer caminos diferentes, y también volver a juntar las ondas resultantes y enviarlas hacia la pantalla (en realidad sólo envía la mitad, pues la otra mitad de cada haz se reflejará en una dirección inútil -hacia la fuente-).

muevo el espejo y entonces tengo distinta diferencia de caminos y por ende las ondas interfieren de manera distinta no? pero esto como ayuda para lograr algo productivo?

Una utilidad básica es ésta. Supongamos que quiero medir con una precisión enorme el grosor de algo. Inicialmente tengo el espejo en cierto lugar, con lo que tenemos un patrón de intereferencia. Al desplazarse el espejo irá variando el patrón de interferencia: cuando el espejo se haya movido $\lambda/2$ (el divisor 2 es porque el camino se hace dos veces) el patrón volverá a parecer igual al original; si el movimiento se hace suficientemente lento podré ver cómo se desplazan las franjas e incluso medir cuánto se han desplazado. Por supuesto, para este fin es más adecuado que el interferómetro muestre franjas, pero con círculos también puedo hacer lo mismo (al mover el espejo parecerá que las bandas van naciendo o desapareciendo por el centro).

En definitiva, la idea sería ésta: si mido cuanto se desplaza una franja determinada, como conozco la distancia entre ellas y sé que esta última distancia equivale a mover el espejo $\lambda/2$ es inmediato saber cuánto se habrá desplazado el espejo.

Fíjate que, por ejemplo, si usamos un láser rojo, como los de los típicos punteros (650 nm) podremos medir distancias tan sumamente pequeñas como unos cuantos centenares de nm! Yo, por ejemplo, hice un experimento muy sencillo con un puntero, mi cristal divisor de haz, y un par de espejos, con los que fabriqué un interferómetro de Michelson. Un espejo lo fijé, y el otro lo monté en una bolita de plastilina. De esa manera ¡pude ver cómo fluía la plastilina! e incluso medir la velocidad (unos pocos nm/s!).

...si muevo el espejo un angulo tita...

El interferómetro de Michelson también puede usarse para medir ángulos minúsculos, pero su uso habitual no es ése. Es decir, no se trata de girar un espejo, sino desplazarlo en la dirección del haz que le llega. Otra posibilidad es insertar en medio de uno de los haces un material y medir cómo cambia la longitud del camino óptico debido a su índice de refracción (la simulación java que te recomendé antes muestra esta aplicación).

la diferencia de caminos aunmenta en 1 solo rayo no? el otro seguira con la misma fase

Claro, porque lo que apreciamos es el desfase entre ambos haces. Por eso dejamos uno fijo. Si se moviesen los dos exactamente lo mismo la interferencia no cambiaría nada.

Lo de los circulos y las franjas nose como lograr convencerme pero en serio que sigo muy perdida en porque razon son circulos o porque a veces son franjas

Quizá lo entiendas de esta manera: imagínate una diana gigantesca, de círculos concéntricos, que puedes ver usando sólo una pequeña ventanita. Si ésta es tal que te muestra el centro verás círculos concéntricos. Pero, ¿qué verás en la ventanita si ésta está descentrada? Serán arcos. ¿Y si está muuuuuuuy descentrada? También serán arcos, pero tan poco curvados que parecerán rectas: las bandas circulares parecerán franjas.

[LauraLopez]

Re: Interferometro de Michelson

Me da bronca , bronca conmigo misma obviamente el ver como te esfuerzas en explicarme y yo entender casi nada...con el tema de franjas y anillos nose que pasa pero sigo sin comprender, ni siquiera un poquito...asi que hare esto : abrire un nuevo hilo donde preguntare sobre esto e intentare entederlo alla, mientras en este hilo asumire que son franjas o anillos sin preguntarme el porque. Asi en este hilo nos concentramos en el funcionamiento del interferometro de Michelson que a decir verdad sigo sin comprender.

Primero que nada me decis que sirve para medir distancias no? no veo como esto sea posible....

De hecho no logro comprender bien aun como funciona....supongamos que no movemos el espejo, dejemos eso para mas adelante cuando ya entienda que ocurre con el espejo quieto.
Antes que nada donde dice fuente aca son muchos rayos no? o es 1 solo rayo? creo que serian muchos puede ser? y donde dice detector que aparecen dibujados 2 rayos en realidad serian muchos pares de rayos no? de forma que se puedan formar franjaS en plural y no una sola franja. esto es asi?

Luego analizo lo que pasa con 1 rayo. Este rayo sale de la fuente y llega al divisor de haz, aqui lo que ocurre es que el divisor lo que hace es reflejar ese rayo para arriba y transmitir ese rayo hacia la derecha, es asi? aca no ocurre ningun desfasaje de 180 no? porque no se trata de una pelicula delgada.

Luego el rayo que fue para arriba recorre una distancia que llamemos l2 e impacta en un espejo. El espejo que es lo que hace? simplemente refleja el rayo? aca tampoco hay algun desasaje? Luego una vez que el rayo es relejado y de regreso hacia el haz ,ahora lo que hace es mandarlo para abajo y de regreso hacia la fuente no?.

Por otro lado el rayo que el haz inicialmente habia mandado hacia la derecha recorrera una distancia l1 e impactara en el espejo M1, este lo refleja (sin desasaje de onda ) y de regreso de nuevo al divisor de haz el cual lo manda para abajo y hacia la fuente.

Los 2 rayos que fueron mandados para abajo intereriran entre si porque han recorrido caminos distintos no? igualmente veo que uno recorrio una distancia l1 y el otro una distancia l2, sin embargo en el dibujo aparece un dividido 2 en las distancias que nose porque es.

Dije bien?

Mas alla de eso aca describi lo que ocurre con UN solo rayo, si la fuente tiene muchos de estos rayos no ocurrira con todos los mismos? por ende todos los pares de rayos que lleguen al detector no interferiran exactamente de igual forma? si es asi no se verian franjas oscuras y brillosas serian todas brillosas o todas oscuras...

La idea de usar espejos es porque reflejan el rayo sin desfasarlo?

En el haz divisor se forma una "V" como en las peliculas degadas que deberia tener en cuenta para calcular la diferencia de caminos?

Como puedo calcular la dierencia de caminos entre los distintos pares de rayos que llegan al detector si es que llegan con una diferencia de caminos distinta?

[arivasm]

Re: Interferometro de Michelson

dice fuente aca son muchos rayos no? o es 1 solo rayo?

Recordemos que rayo es un concepto abstracto: es una línea perpendicular a los frentes de onda. Sí, son muchos rayos (de hecho, son infinitos!).

Ya sé que es muy habitual hablar del "rayo de luz" para referirse al "chorro" de luz que sale de un láser, por ejemplo. Pero aquí es imprescindible entenderlo en el sentido que tiene el término en Óptica: algo así como infinitas líneas que salen de la fuente (en realidad lo que salen son los frentes de onda, que son estados de vibración del campo electromagnético).

Por cierto, si saliesen exactamente paralelos y los espejos fuesen perfectos todos seguirían caminos semejantes (desde luego, de la misma longitud) y la interferencia sería idéntica para todos ellos. Sin embargo, pasa algo parecido a lo que ocurre con una linterna: los frentes de onda se van abriendo a medida que se propagan, lo que equivale a decir que los rayos se van separando poco a poco. Es por eso que no siguen caminos exactamente iguales, de manera que al llegar al detector han recorrido distancias ligeramente diferentes. Como la longitud de onda de la luz visible es muy pequeña, esas diferencias minúsculas son más que suficientes como para que unos interfieran constructivamente, otros destructivamente, etc.

La idea de usar espejos es porque reflejan el rayo sin desfasarlo?

No. Simplemente es una cuestión constructiva ingeniosa para volver a juntar los rayos y que puedan interferir. La inmensa mayoría de los interferómetros los emplean por ese motivo.

n el haz divisor se forma una "V" como en las peliculas degadas que deberia tener en cuenta para calcular la diferencia de caminos?

No te compliques con eso. No creo que te obliguen a tomar en consideración el grosor del divisor de haz.

Como puedo calcular la dierencia de caminos entre los distintos pares de rayos que llegan al detector si es que llegan con una diferencia de caminos distinta

Si la distancia a un espejo, desde el centro del divisor de haz, es $l_1/2$ y la distancia al otro es $l_2/2$, la diferencia de caminos es simplemente $|l_1-l_2|$.

[LauraLopez]

Re: Interferometro de Michelson

mm me cuesta entender lo que decis, entonces cada fuente de luz la tengo que pensar como que son infinitos laseres y que todos no apuntan en la misma direccion? si es asi entonces no todos los rayos impactarian en el haz o no? algunos lo haran en el centro y otros ni siquiera impactarian en el haz.... mucho no entiendo

COn respecto a las distancias porque es sobre 2? si la distancia es esa que vos decis porque la diferencia de caminos no tiene ese dividido 2 tambien?

Entonces me decis que hay muchos rayos igual me cuesta ver porque no todos impactaran en exactamente el mismo lugar..... como seria ese chorro de luz? ademas cuando veo un laser yo veo una linea recta que impacta en 1 punto no veo un "chorro" como vos decis....

Mas alla de todo esto, asumiendo que los rayos tienen desfasaje diferente y llegan muchos pares de rayos a el punto donde esta el observador, en dicho punto se observaran entonces franjas brillantes y oscuras no?

Luego como esto logra medir distancias?

Creo que el siguiente paso es empezar a mover el espejo no? yo veo que si mueve el espejo ocurre que un rayo no sufre ningun cambio no? y el otro rayo el que es desviado hacia el espejo que ahora se movio no veo bien que cambio ha sufrido......cual seria el cambio que sufrio? y como esto me puede ayudar a lograr medir una distancia......?

[arivasm]

Re: Interferometro de Michelson

Incluso de una humilde bombilla salen rayos en todas direcciones. Bien, en realidad, lo que salen son frentes de onda (aunque las bombillas no son un buen ejemplo, pues sus frentes de onda tienen muchas "arrugas"). Los rayos son una (mala pero cómoda) representación alternativa (¿verdad que en las olas de la playa no se ven rayos por ninguna parte?).

Lo del 2 en las distancias es optativo. Si quieres puedes decir que entre el divisor y cada espejo hay una distancia L1 y L2, de modo que la diferencia de caminos será 2L1-2L2 (el factor 2 es porque cada camino divisor-espejo se recorre dos veces -es de ida y vuelta-).

Con respecto a los muchos rayos, no debes pensar en el observador como un punto. Mejor piensa en una plaquita transparente. A cada punto de ella llegan dos rayos, uno procedente de cada espejo. Es lo que necesitas para entender las malditas franjas o anillos de interferencia que se observan.

Sobre la medida de distancias, me temo que será imprescindible que entiendas antes lo de las franjas... Claro que tienes una alternativa poco exacta, pero que te puede ir viendo por donde van los tiros: imaginemos que todos los rayos salen de la fuente paralelos, que los espejos están perfectamente perpendiculares y que todo es tan tan ideal que absolutamente todos los rayos hacen lo mismo, de manera que la imagen no son franjas de interferencia sino una única mancha de interferencia. La intensidad de ésta depende de la diferencia de caminos. Si se mueve sólo uno de los espejos la imagen irá cambiando; contando cuantos ciclos completos ha cambiado podemos saber cuántas longitudes de onda se ha modificado la diferencia de caminos; como sólo hemos movido un espejo, la distancia recorrida por éste será la mitad de esas longitudes de onda (por lo de la ida y vuelta).

El efecto de mover un espejo es acortar o alargar uno de los caminos.

[LauraLopez]

Re: Interferometro de Michelson

A ver...

Me resulta anti intuitivo o no se como decirlo porque cuando yo en la practica con un laser apunto sobre una pantalla lo unico que veo es una linea recta que va hacia la pantalla y forma 1 punto. Sin embargo a pesar de que ocurra esto lo que deberia ocurrir o lo que ocurre pero por alguna razon no se puede ver en la practica es que del laser salen muchos rayos en muchas direcciones?

La fuente de luz la tengo que pensar como que de ella salen muchos rayos de luz no? entonces porque nose ven muchos puntos sobre la pantalla si la misma es apuntada con un rayo laser?

Asumiendo que de la fuente salgan mucho rayos de luz que ocurre? uno de ellos apuntara en el medio del haz y los demas apuntaran en todo el resto del haz y algunas hasta quizas ni toque en haz? los que impacten en el haz pero en zonas muy alejadas del centro igualmente se desviaran hacia ambos espejos?

El observador lo pienso como que hay una pantalla ttransparente y una persona mirando esa pantalla .

Lo de las distancias con el dividido 2 ya lo entendi.

Lo de porque este instrumento es capaz de medir distancias aun no lo entiendo. O sea se que la razon es mover el espejo pero sigo confundida, tal vez cuando aclare la duda de la fuente de luz lo pueda entender.

[arivasm]

Re: Interferometro de Michelson

El que tengas muchos (infinitos) rayos muy juntos no lo deberías confundir con que sólo haya uno. El punto del láser al que te refieres es, en realidad, un "punto gordo". Por cierto, si el láser lo enfocas contra un edificio lejano en punto se vuelve muuuuy gordo, lo que evidencia que el haz se abre poco a poco.

Para el interferómetro conviene pensar de entrada en un solo rayo (el central), para entender el principio general de funcionamiento. Para detalles como la pregunta ¿por qué se ven anillos? hay que pensar en todo el elenco.

Para el tema de las distancias, basta con que pienses en un único rayo saliendo de la fuente.

[LauraLopez]

Re: Interferometro de Michelson

perdon pero sigo sin entender

A ver.... tengo que pensar que entonces la fuente de luz esta formada por infinitos rayos no? porque necesito que al observador luego lleguen infinitos pares de rayos para interferir entre si no?

Estos rayos que apuntan hacia el haz donde impactan? es como digo? que algunos impacta en el medio, otros en el borde y otras ni siquiera impactan en el haz? Ademas los que no impacta en el medio , por ejemplo los que impacten en el borde del haz igual se desviaran hacia el espejo?

Luego una vez que tengo el famoso patron de franjas. Muevo un poco el espejo M2 y que ocurre con esos rayos que se reflejaron hacia ese espejo? El rayo que impacto JUSTO en el medio del espejo no sufre ningun cambio diria no? los rayos que impactan en zonas mas cercanas a los bordes del espejo si sufriran un cambio porque impataran mas arriba o mas abajo de lo que lo hacian antes . Es asi esto ? Pero igualmente cuando se reflejan hacia el haz impactan un poco desviados con lo cual la distancia recorrida no es la misma que cuando el espejo estaba recto?