¡Hola amigos de Steemit!
En esta entrega les muestro como obtener la longitud de onda de una parte del espectro visible (rojo, verde y azul) en el laboratorio, utilizando el patrón de difracción de una rendija.
La difracción es la desviación y dispersión que experimentan las ondas cuando encuentran un obstáculo (ver figura 1).
Figura 1 – Difracción de la Luz
Fuente
Contrario a las predicciones de la Óptica Geométrica, la luz proyectada en la pantalla está formada por un patrón de zonas brillantes y oscuras, lo cual evidencia que los rayos que pasan a través de la ranura se difractan (ver figura 2).
En la medida que las dimensiones del obstáculo y la longitud de la onda son comparables, el fenómeno de difracción se hace más observable.
Figura 2 – Patrón real observado debido a la Difracción
Fuente
INTENSIDAD DEL PATRÓN DE DIFRACCIÓN DE UNA RENDIJA
La intensidad en el patrón de Difracción es directamente proporcional al cuadrado del campo eléctrico incidente en la pantalla, el cual está dado por la superposición de todos los campos que se propagan desde la ranura hasta la pantalla.
Este viene dado por la Ecuación (1):
Dado que:
λ ➞ Longitud de onda
θ ➞ Posición angular de un punto P respecto a la línea central.
a ➞ Ancho de la Rendija
La Ecuación (3) representa el comportamiento del patrón de difracción que se visualiza en la figura 3. Esta nos permite obtener los puntos donde la intensidad es Máxima (zonas brillantes del patrón) y Mínima (zona oscura del patrón).
Para que I = 0 ➞ 
➞ 
(Condición de mínimo)
m = ±1,2,3,4….
m ➞ orden Difraccional
Figura 3 – Patrón de Difracción
Fuente
METODOLOGÍA
En la figura 4 se muestran los equipos utilizados y su configuración para el cálculo de las longitudes de onda.
Los patrones de difracción son obtenidos variando cada filtro (rojo, verde y azul) los cuales están colocados en la fuente de luz.
El rayo de luz emitido por cada uno de ellos es dirigido a través del orificio en la regla de difracción hacia la rendija. El rayo de luz emitido es observado desde la rendija seleccionada (Patrón A) y en la que posteriormente se hacen las lecturas de las posiciones de los mínimos visualizados (ver tabla).
Figura 4 – Configuración de los equipos en el laboratorio
Fuente
Figura 5 – Equipos y materiales utilizados en el laboratorio de prueba
Figura 6 – Montaje del equipo de Difracción
DATOS EXPERIMENTALES Y RESULTADOS
Ancho de la rendija “A” (datos del Fabricante);
a = 0.04mm
Figura 7 – Placa de Rendija de Difracción
Fuente
Distancia desde la Regla de Difracción hasta la Rendija:
D = 448mm
Figura 8 – Relación geométrica entre las variables de Difracción
Fuente
Tabla de Cálculos y Resultados
De los resultados obtenidos se observa que el método de Difracción de una Rendija es un método viable en la determinación de las longitudes de onda.
La discrepancia obtenida entre los valores teóricos y experimentales de la longitud de onda son ocasionados por el error en la exacta posición de los mínimos del patrón de difracción.
El método de Difracción de “N” rendijas puede ser utilizado para obtener una mayor resolución del espectro de Difracción.
En la actualidad la difracción juega un papel fundamental en la caracterización de estructuras moleculares y análisis de materiales. La difracción de rayos x debido a un cristal, muestra patrones de difracción similares a las ondas difractadas por un una rendija.
El estudio de la Difracción ha contribuido de manera significativa en la compresión de los fenómenos ondulatorios, composición de la materia y el avance tecnológico de distintas áreas de la Ingeniería.
Referencias
Física para la Ciencia y la Tecnología. Tipler Mosca. Vol 2. Editorial Reverté.
Física para Ingeniería y Ciencias. Hans C. Ohanian y John T. Markert. Vol 2. Editorial McGrawHill.
Physics Worldwide Catalog and Experiment Guide. PASCO.
Introducción a la Cristalografía. Donald E. Sande. Editorial Reverté.
