Fis u4 p2e2 Mala
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UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE MEXICOUNADMX
INGENIERIA EN LOGISTICA Y TRANSPORTE
Facilitador:Victor Manuel Velasco Gallardo
Materia:Física
Alumno: Marco Antonio López ArellanoMatricula: AL12502396
Trabajo:
Practica 2. Difracción e Interferencia.Definitivo.
Valle de Chalco, México a 6 de septiembre del 2013
Introducción:
La difracción es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la desviación de estas
al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción tiene lugar en todo tipo de
ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas
como la luz visible y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño
finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de
un láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor.
Modelo teórico:
Difracción: El
principio de Huygens es un modelo que defiende que todo punto de un frente de ondas se
convierte en un foco emisor de ondas secundarias circulares, de igual velocidad y frecuencia
que las del foco emisor. La superficie tangente a estas ondas secundarias forma un nuevo
frente de onda.
Por lo tanto, cada punto de un medio isótropo que es alcanzado por un frente de ondas, se
convierte a su vez en un nuevo foco secundario emisor de ondas, que se propagará en la
misma dirección de perturbación que la del foco emisor.
La difracción es una propiedad de las ondas, por la cual una onda modifica su dirección de
propagación cuando se encuentra con una abertura o con un obstáculo.
Si dicha abertura u obstáculo es estrecha, comparándola con la longitud de la onda, y un frente
de ondas plano se acerca a esa abertura estrecha, el foco emisor se modificará y pasará de
emitir ondas planas a ondas circulares que se propagan en todas las direcciones.
Si dicha abertura u obstáculo es ancha, comparándola con la longitud de la onda, apenas se
modificará la dirección de propagación de dicha onda, ya que la mayoría de los frentes de onda
se propagará en la misma dirección. Únicamente se modificará en los extremos, donde se
propagará circularmente.
Interferencia:
La interferencia es un fenómeno ondulatorio en el que dos o más ondas se superponen para
formar una onda resultante de diferente amplitud, la cual puede ser constructiva o destructiva,
dependiendo de la fase de las ondas que se combinan. La diferencia de fase esta dada por la
ecuación
Para las ondas representadas por las ecuaciones
La diferencia de fase es
Y la amplitud y la fase del movimiento por la expresión
Desarrollo:
Primero cambiamos los colores de las fuentes de luz, para genera el cambio en los patrones de
interferencia, Luego tomamos una captura de pantalla por cada fuente de luz para poder
comparar la información entre sí.
Aquí podemos observar como cambian los patrones de interferencia, según el cambio de color
de la luz del haz.
Tenemos los siguientes valores de las longitudes de onda de los haces de luz de la simulación:
Azul = 450-495mm.
Verde = 495-570mm.
Rojo = 620-750mm.
Análisis de datos:
Cambio en los patrones cuando se cambia una fuente de luz a diferente color.
Los patrones observados en la pantalla del simulador cambian, cuando se cambia la fuente de
luz a un color distinto ya que tienen distinta longitud de onda y dichos patrones observados
manifiestan la interferencia que ocurre en el haz de luz.
Al depender la interferencia del tamaño del objeto, y de la cercanía a la longitud de onda del
haz incidente, ocurre un cambio en los patrones observados si cambiamos la longitud de onda
incidente.
Aumento de la anchura de la rendija cuando se usa el patrón de una sola rendija.
Cuando aumentamos la anchura de la rendija cuando la luz incide y usamos todos los colores
aumenta el número de líneas observadas en el patrón incidente en la pantalla, esto debido a
que la anchura de la rejilla debe de tener un tamaño comparable a la longitud de onda incidente
y si aumentamos el tamaño de la rejilla no estamos respetando este principio.
Cambio en la distancia entre las fuentes o las rendijas.
Se puede observar que la concentración de la energía se va hacia el centro de la pantalla
cuando la distancia entre las fuentes o las rendijas aumenta usando los patrones de doble
fuente y doble rendija, porque la recombinación de los frentes de onda ocasionan que la
interferencia final disminuya, si lo lleváramos al extremo veríamos simplemente los dos rayos
en la pantalla.
Aumento de la longitud de onda manteniendo la misma anchura de rejilla.
En las imágenes se observa que si mantenemos la misma anchura de rejilla, pero
incrementamos la longitud de onda incidente, aplicando primero el láser azul, luego el verde y
de ultimo el rojo, las líneas del patrón incidente se vuelven más grandes, debido a que la
longitud de onda mayor es más cercana al tamaño de la apertura de la rejilla, lo que ocasiona
que se observe un fenómeno de interferencia más pronunciado.
Aumento de la distancia a la pantalla.
A medida que la distancia hacia la pantalla aumente, también lo hará la franja central del patrón
de interferencia, porque existe más oportunidad de que sigan interfiriendo entre sí los frentes
de onda generados por la rendija, dando origen a frentes de onda más amplios en el proceso.
Orden perdido usando el patrón de doble rendija.
Los órdenes perdidos ocurren cuando un máximo de interferencia coincide con un mínimo de
difracción para el mismo valor, esto ocasiona que no se observe ese punto y la banda
suprimida es conocida como un orden perdido.
La condición para órdenes perdidos es que sea la razón de dos enteros.
Ordenes perdidos con
Donde d es la separación de la rendija y a es el ancho de la rendija, se pueden observar los
órdenes perdidos 4, 8, 12, 16,… en el patrón de doble rendija.
Resultados:
Cuando cambian los parámetros de las rendijas o la longitud de onda incidente en las mismas,
los patrones de interferencia se modifican, en la de doble rendija se observan ordenes perdidos
cuando la distancia entre las rendijas dividida entre el ancho de la rendija es igual a un número
entero, siendo los órdenes perdidos los múltiplos de dicha razón.
Para evitar la Interferencia en la comunicación satelital:
El método utilizado pero los satélites de comunicaciones para evitar la interferencia de señales
consiste en recibir la información en una frecuencia y transmitirla en otra frecuencia diferente.
Cada una de las bandas utilizadas en los satélites se divide en canales. Para cada canal suele
haber en el satélite un repetidor, llamado transponder o transpondedor, que se ocupa de
capturar la señal ascendente y retransmitirla de nuevo hacia la tierra en la frecuencia que le
corresponde.
Cada canal puede tener un ancho de banda de 27 a 72 MHz y puede utilizarse para enviar
señales analógicas de vídeo y/o audio, o señales digitales que puedan corresponder a
televisión (normal o en alta definición), radio digital (calidad CD), conversaciones telefónicas
digitalizadas, datos, etc. La eficiencia que se obtiene suele ser de 1 bit/s por Hz; así, por
ejemplo, un canal de 50 MHz permitiría transmitir un total de 50 Mbit/s de información.
Un satélite típico divide su ancho de banda de 500 MHz en unos doce receptores-transmisores
de un ancho de banda de 36 MHz cada uno. Cada par puede emplearse para codificar un flujo
de información de 500 Mbit/s, 800 canales de voz digitalizada de 64 kbit/s, o bien, otras
combinaciones diferentes.
Las bandas de frecuencia usadas son:
Conclusiones:
Gracias al estudio de la interferencia y la difracción han avanzado las telecomunicaciones vía
satélite, pues ha permitido perfeccionar la transmisión de datos, pero este no son el único
obstáculo para las mismas, en cuanto a los fenómenos que dificultan las comunicaciones vía
satélite, se han de incluir también el movimiento aparente en ocho de los satélites de la órbita
geoestacionaria debido a los balanceos de la Tierra en su rotación, los eclipses de sol en los
que la Luna impide que el satélite pueda cargar las baterías y los tránsitos solares, en los que
el Sol interfiere las comunicaciones del satélite al encontrarse éste entre el Sol y la Tierra.
Podemos terminar resumiendo que la interferencia es una distorsión en una onda, mientras que la
difracción es un rebote (como en un espejo) que puede separar la onda según sus longitudes (si hay más
de una longitud viajando en la misma dirección).
Bibliografía
Interferencia y Difracción, M. I. Caicedo, Departamento de Física, Universidad Simón Bolívar
consultado en http://www.fis.usb.ve/~mcaicedo/education/fisica5/interferencia.pdf
Hecht Eugene (2000). Óptica. Addison Wesley. ISBN: 8478290257