La interferencia tiene lugar cuando las ondas interactúan entre sí, mientras que la difracción se produce cuando una onda pasa a través de una apertura. Estas interacciones se rigen por el principio de superposición. La interferencia, la difracción y el principio de superposición son conceptos importantes para comprender varias aplicaciones de las ondas.
Interferencia y principio de superposición
Cuando dos ondas interactúan, el principio de superposición dice que la función de onda resultante es la suma de las dos funciones de onda individuales. Este fenómeno se describe generalmente como interferencia.
Considere un caso en el que el agua gotea en una tina de agua. Si hay una sola gota golpeando el agua, creará una ola circular de ondas a través del agua. Sin embargo, si comenzaras a gotear agua en otro punto, también comenzaría a hacer olas similares. En los puntos donde esas ondas se superponen, la onda resultante sería la suma de las dos ondas anteriores.
Esto es sólo para situaciones en las que la función de onda es lineal, que es donde se depende de x y t sólo a la primera potencia. Algunas situaciones, como el comportamiento elástico no lineal que no obedece a la ley de Hooke, no encajarían en esta situación, porque tiene una ecuación de onda no lineal. Pero para casi todas las ondas que se tratan en física, esta situación es cierta.
Puede ser obvio, pero probablemente sea bueno tener claro también que este principio involucra oleadas de tipo similar. Obviamente, las ondas de agua no interferirán con las ondas electromagnéticas. Incluso entre tipos similares de ondas, el efecto generalmente se limita a ondas de prácticamente (o exactamente) la misma longitud de onda. La mayoría de los experimentos que involucran interferencia aseguran que las ondas son idénticas en estos aspectos.
Interferencia constructiva y destructiva
La imagen de la derecha muestra dos ondas y, debajo de ellas, cómo se combinan esas dos ondas para mostrar la interferencia.
Cuando las crestas se superponen, la onda de superposición alcanza una altura máxima. Esta altura es la suma de sus amplitudes (o el doble de su amplitud, en el caso de que las ondas iniciales tengan la misma amplitud). Lo mismo sucede cuando los valles se superponen, creando un valle resultante que es la suma de las amplitudes negativas. Este tipo de interferencia se denomina interferencia constructiva porque aumenta la amplitud general. Otro ejemplo no animado se puede ver haciendo clic en la imagen y avanzando a la segunda imagen.
Alternativamente, cuando la cresta de una ola se superpone con el valle de otra ola, las olas se cancelan entre sí hasta cierto punto. Si las ondas son simétricas (es decir, la misma función de onda, pero desplazadas en una fase o media longitud de onda), se cancelarán entre sí por completo. Este tipo de interferencia se llama interferencia destructiva y se puede ver en el gráfico de la derecha o haciendo clic en esa imagen y avanzando a otra representación.
En el caso anterior de ondas en una tina de agua, vería, por lo tanto, algunos puntos donde las ondas de interferencia son más grandes que cada una de las ondas individuales, y algunos puntos donde las ondas se cancelan entre sí.
Difracción
Un caso especial de interferencia se conoce como difracción y tiene lugar cuando una onda golpea la barrera de una abertura o borde. En el borde del obstáculo, una onda se corta y crea efectos de interferencia con la parte restante de los frentes de onda.
Dado que casi todos los fenómenos ópticos implican que la luz pase a través de una apertura de algún tipo, ya sea un ojo, un sensor, un telescopio o lo que sea, se está produciendo difracción en casi todos ellos, aunque en la mayoría de los casos el efecto es insignificante.
La difracción normalmente crea un borde «difuso», aunque en algunos casos (como el experimento de doble rendija de Young, que se describe a continuación) la difracción puede causar fenómenos de interés por derecho propio.
Consecuencias y aplicaciones
La interferencia es un concepto intrigante y tiene algunas consecuencias que vale la pena señalar, específicamente en el área de la luz donde dicha interferencia es relativamente fácil de observar.
En el experimento de doble rendija de Thomas Young , por ejemplo, los patrones de interferencia resultantes de la difracción de la «onda» de luz hacen que pueda brillar una luz uniforme y dividirla en una serie de bandas claras y oscuras con solo enviarla a través de dos rendijas, que ciertamente no es lo que uno esperaría. Aún más sorprendente es que realizar este experimento con partículas, como electrones, da como resultado propiedades similares a ondas. Cualquier tipo de ola exhibe este comportamiento, con la configuración adecuada.
Quizás la aplicación más fascinante de la interferencia sea la creación de hologramas. Esto se hace reflejando una fuente de luz coherente, como un láser, desde un objeto hacia una película especial. Los patrones de interferencia creados por la luz reflejada son los que dan como resultado la imagen holográfica, que se puede ver cuando se coloca nuevamente en el tipo de iluminación adecuado.
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