Difracción

[China]

Buenas,
Se dice que este fenómeno se hace más evidente cuando el tamaño del objeto o rendija causante son de longitud de onda del orden a la longitud de onda de la luz y que es observable si la luz es monocromática, pues si fuese policromática se solaparían los distintos patrones de interferencia de las distintas longitudes de onda...
Pero entonces, si en la "vida normal" no se detecta este fenómeno como se observó por primera vez? Se dice que fue Grimaldi que observó este fenómeno al filtrarse luz sola por una rendija en una habitación oscura, pero como lo observo si se supone que con radiación policromática no se observa??

[Alriga]

No sé cual es tu fuente de información, pero no parece fiable, una imagen vale más que mil palabras:

¿No has visto nunca bajo la luz policromática del Sol la difracción en un CD como la de la fotografía?

Las pistas de un disco compacto actúan como una red de difracción, produciendo una separación de los colores de la luz blanca. La separación nominal de las pistas en un CD es de 1,6 micrómetros, correspondiente a unos 625 pistas por milímetro. Este es el rango de las redes de difracción ordinarias de laboratorios. Para la luz roja de 600 nm, esto daría un máximo de difracción de primer orden, a unos 22º.

Fuente: Red de Difracción

Saludos.

[teclado]

Hola,

Antes que nada, me imagino que será una errata, pero me parece importante recalcar que la rendija o el objeto que producen la difracción no tienen que tener una longitud de onda similar a la de la luz, si no un tamaño comparable. Hablar de la longitud de onda de un objeto carece de sentido.

Por otro lado, la difracción es omnipresente en la naturaleza y puede observarse perfectamente. Un ejemplo ocurre al proyectarse la sombra de un objeto. Independientemente del tamaño de éste, sus bordes provocan difracción, y la sombra que produce tiene sus bordes desenfocados, más cuanto mayor sea la distancia del objeto a la sombra. Piensa que el Sol está a una distancia tal que puede considerarse que sus rayos llegan a la Tierra casi perfectamente paralelos. ¿Por qué, entonces las sombras no están perfectamente definidas?

Otro ejemplo un poco menos evidente ocurre si miras (y enfocas) un objeto lejano y, con la vista fija, acercas un dedo a unos pocos centímetros de tu ojo (entre 3 y 7 se ve bastante bien este efecto), de forma que el borde desenfocado de tu dedo se encuentre justo en la línea de visión del borde de un objeto lejano. Verás que la imagen del objeto que ves a lo lejos se deforma siguiendo el borde de tu dedo.

Desconozco los motivos que tendrían los primeros que hicieron experimentos de difracción, pero siempre pensé que eran puramente matemáticos. La difracción es un fenómeno que predice la teoría ondulatoria, y me imagino que querrían ponerla a prueba.

Un saludo.

[sater]

Hola,

Por otro lado, la difracción es omnipresente en la naturaleza y puede observarse perfectamente. Un ejemplo ocurre al proyectarse la sombra de un objeto. Independientemente del tamaño de éste, sus bordes provocan difracción, y la sombra que produce tiene sus bordes desenfocados, más cuanto mayor sea la distancia del objeto a la sombra. Piensa que el Sol está a una distancia tal que puede considerarse que sus rayos llegan a la Tierra casi perfectamente paralelos. ¿Por qué, entonces las sombras no están perfectamente definidas?

Buenas Teclado. Diría que esto que comentas no se debe a la difracción, sino a la no puntualidad de la fuente (es decir, que la fuente es extensa), y lo que se observa es la penumbra (al igual que en eclipses). Respecto a lo del dedo, le tendría que dar una pensada a ver. Otro ejemplo de difracción cotidiana lo tenéis al mirar las estrellas: apuesto a que nadie ve puntitos definidos, debido a que la luz se difracta en el borde del iris.

Lo que sí es cierto es que en los bordes se produce difracción, pero en lugar de ser una transición continua entre nada de sombra y sombra total, se deberían ver franjas luminosas (cuanto más pura sea la fuente mejor se observará). Es por ello que Grimaldi técnicamente no debería haber concluido que la teoría corpuscular de la luz era insuficiente, aunque bueno, fue un paso en la dirección correcta.

Más adelante, cuando ya se tenía la teoría de Huygens y Young había encontrado su patrón de interferencia, Fresnel desarrolló una teoría (con un pelín de ajuste fino) ondulatoria para la difracción. Cuando la presentó, el matemático Poisson (que estaba en contra de ella), la usó para demostrar algo que parecía absurdo: que si se iluminaba un disco opaco, en el centro de su sombra debería aparecer un puntito de luz (recuerdo que este fue uno de los ejercicios que hice en la asignatura de óptica ). Fue Aragó quien observó que de hecho el punto ¡estaba ahí!. Podéis ver este genial vídeo al respecto que lo prueba:

[teclado]

Buenas Teclado. Diría que esto que comentas no se debe a la difracción, sino a la no puntualidad de la fuente (es decir, que la fuente es extensa), y lo que se observa es la penumbra (al igual que en eclipses).

Hola,

Pues ahora que lo dices, creo que tienes razón. Asumiendo un radio de 1 000 000 km del Sol, y una distancia de 150 000 000 km entre éste y la Tierra, el ángulo que subtiende es de unos 0,3º, lo que significaría que la zona de penumbra tendría un tamaño de 6,7 mm por cada metro que separa el objeto de la sombra. Aprovechando que en mi casa hace un sol de justicia, he hecho el experimento un poco a grandes rasgos, y afinando el pulso todo lo que he podido parece que es así.

Un saludo, y gracias por el apunte.

[China]

Buenas, lo primero, muchas gracias a todos:
-Alriga, esta claro que la fuente no era fiable, a ver en realidad es información que voy buscando en internet, lo mismo fue un mala interpretación mi, pero la verdad, es que la superposición de patrones de difracción si la luz era policromática y que esto dificultarse ver el fenómeno me parecía lógico. Pero por qué los experimentos o en las explicaciones sobre el fenómeno siempre se habla de luz mocromática??
-Teclado, si, si, fue un error, obvio que la longitud de onda es una magnitud que no se puede asociar a un objeto.... pero si es cierto que la difracción se observa cuando el tamaño de objetos o rendija que lo causa es menor o del orden de la longitud de onda de la luz no??, pero esto tampoco seria correcto, pues observamos difracción en la naturaleza y los objetos siempre van a tener un tamaño mayor a la longitud de onda de la luz utilizada. De hecho en el video sobre el punto Arago (gracias Sater), precisamente el fenómeno se observa con luz monocromática, cuando lo hace al principio, pues la verdad se observa más bien poco.

[teclado]

Hola,

Tras la respuesta de sater me quedé pensando y recordando que para que se produzca interferencia es necesaria una fuente con una longitud y tiempo de coherencia altos. Puedes imaginarte la luz monocromática como paquetes de ondas sinusoidales que viajan juntos. Si todos los paquetes están en fase (el campo eléctrico varía al unísono en todos ellos) se dice que el haz de luz es coherente, y a la longitud de los paquetes que mantienen esa sincronía y al tiempo en el que lo hacen longitud y tiempo de coherencia.

Siguiendo con el ejercicio de imaginación, la luz estaría compuesta por ondas de esta longitud (que no longitud de onda, si no de coherencia), que cada cierto tiempo (tiempo de coherencia) cambian aleatoriamente su fase. Si la fuente es coherente, entonces puede formarse un patrón, porque se produce una interferencia "calculable"; la diferencia entre las distancias que recorre la luz desde cada punto del agujero a uno concreto de la pantalla no es suficiente como para que se alcance este límite, en el que la interferencia sería aleatoria y no aparecería ningún patrón.

Cuando tienes un agujero por el que pasa la luz, que es del tamaño de la longitud de onda de ésta, y la proyectas a una distancia suficiente, estas diferencias entre los caminos que recorre cada rayo son del orden de la longitud de onda aún desplazándote varios centímetros por la pantalla, por lo que la interferencia ocurre en un área perfectamente visible y se ve un patrón. Si el agujero fuera mucho mayor, la diferencia de caminos sería pasmosa en comparación con la longitud de onda ya a pocos milímetros, y el patrón de interferencia sería tan pequeño que no sería observable.

Las longitudes de coherencia de los láseres son de algunos metros, suficiente para hacer muchísimos experimentos, pero la de la luz del Sol es muy pequeña (no sé exactamente cómo de pequeña ), por lo que no produce patrones de interferencia.

No obstante estamos confundiendo contínuamente (y no somos los únicos) difracción con interferencia. La primera es simplemente el fenómeno por el cual la luz, al rodear un obstáculo (de cualquier tamaño) cambia su dirección dispersándose por el medio, consecuencia del principio enunciado por Huygens que hace referencia a que los puntos del espacio a los que llega una onda electromagnética se convierten en emisores de una onda esférica con las mismas características. Los patrones que puedan aparecer tras proyectar luz coherente que se ha difractado sobre una pantalla son fenómenos de interferencia.

Un saludo.

[China]

Buenos días, lo primero disculparme por volver sobre el mismo tema tanto tiempo después, es que estaba repasando y encontré este vídeo https://www.youtube.com/watch?v=-gA_hHWluAQ y vuelve a decir que para el experimento de difracción necesita luz monocromatica, pues si no no se vería el patrón de difracción y esa fue mi pregunta original del tema, entonces ya me quedo claro que la luz policromatica también se difractaba, independientemente del tamaño de los objetos causantes de la difracción.... entonces por qué en este video se dice que para observar el fenómeno la luz debe ser monocromática y la rendija causante los más pequeña posible??

[Richard R Richard]

La luz monocromática ideal tiene una única longitud de onda.
Cuando se difracta genera la imagen compuesta por varios máximos y mínimos separados una distancia que depende de la longitud de onda.
Si piensas la luz blanca o policromatica como una mezcla de solo 7 o 6 longitud es de onda, verías los máximos de cada color corridos uno del otro, generando un pequeño arcoiris de puntos por cada máximo.
Bien, pero la luz blanca no es una mezcla de solo 6o7 longitudes de ondas definidas, sino que la gráfica de las longitudes de onda (hablemos solo en el rango visible) versus su intensidad es casi un continuo , una mezcla bastante homogénea de longitudes de onda, por lo que en cada banda de color el máximo no queda definido se ensancha es una banda por cada maximo, luego cuando en el mismo punto de la pantalla coinciden varios máximos de distintos colores, la tendencia es que por superposición de colores se vuelva a formar luz blanca en cada punto de la pantalla,(una línea blanca si es una rendija horizontal) y eso en definitiva no es lo que esperamos ver del experimento.
Entonces volviendo a la recomendación de video cuánto más concentrada este la intensidad en una longitud de onda (luz monocromática real), más se concentra la luz cerca de cada máximo y se observa el patrón definido.Para la misma distancia a la pantalla , cuánto más pequeña es la rendija, más es la distancia que se separan los máximos y más nitido se puede observar cada máximo.

[China]

Vale, entonces estas condiciones son para observar bien el patrón de difracción en el experimento, la difracción se observa e la naturaleza, como a me explicaron igualmente con la luz policromática... me imagino que el que la rendija sea igual o más pequeña que la longitud de onda también es para el experimento y en la naturaleza no hay exigencias entre el tamaño de los obstáculos y la longitud de onda de la luz para determinar si la difracción se produce o no, es así?

[Richard R Richard]

Si , incluso un único borde muy filoso, sin importar el Angulo genera patrones de difracción, pero para reconocer un patrón nítido, y hacer mediciones precisas es recomendable , trabajar con luz monocromática,