¿Puede la luz doblarse alrededor de las esquinas? Preguntas frecuentes importantes

¿Se puede doblar la luz en las esquinas?

La respuesta es "Sí", la luz se puede doblar en las esquinas.

Cuando la luz pasa alrededor de los bordes de un objeto, tiende a doblar su trayectoria alrededor de las esquinas. Esta propiedad de la luz se conoce como difracción. El fenómeno de la difracción depende de la propagación de la luz. Para estudiar este fenómeno, la luz se trata como una onda.  

Contenido:

¿Qué es la difracción de la luz?

La difracción de la luz se refiere a los fenómenos de curvatura de las ondas de luz alrededor de las esquinas de un objeto obstructor que tiene un tamaño comparable a la longitud de onda de la luz. El fenómeno de la difracción depende de la propagación de la luz. Para estudiar este fenómeno, la luz se trata como una onda.

El grado o extensión en que se curvan los rayos de luz depende del tamaño del objeto que obstruye y de la longitud de onda de la luz. Cuando el tamaño del objeto es mucho mayor en comparación con la longitud de onda de la luz, la extensión de la curvatura es insignificante y no se puede notar correctamente. Sin embargo, cuando la longitud de onda de la luz es comparable al tamaño del objeto que obstruye (como una partícula de polvo), entonces la extensión de la difracción es alta, es decir, las ondas de luz se curvan en ángulos más grandes. En tales casos, podemos observar la difracción de la luz a simple vista.

LAprendamos más sobre cómo la luz se dobla en las esquinas:

¿Cómo se puede doblar la luz en las esquinas?

Según la física clásica, el fenómeno de la difracción lo experimenta una onda de luz debido a la forma en que se propaga. El fenómeno fue descrito por Christiaan Huygens y Augustin-Jean Fresnel en el principio de Huygens-Fresnel y el principio de superposición de ondas. La propagación de la onda de luz se puede interpretar visualmente tomando cada partícula en el medio de propagación como una fuente puntual que da lugar al frente de onda secundario de una onda esférica.

El desplazamiento de las ondas de cada fuente puntual se suma para formar una onda secundaria. Las amplitudes y las fases relativas de cada onda juegan un papel importante en la determinación de la siguiente onda esférica formada. La amplitud de la onda resultante puede tomar cualquier valor que se encuentre entre 0 y la suma de las amplitudes individuales de las fuentes puntuales.

Por tanto, un patrón de difracción general consta de una serie de mínimos y máximos.

Según la óptica cuántica moderna, cada fotón que pasa a través de una rendija delgada da lugar a su propia función de onda. Esta función de onda depende de varios factores físicos como las dimensiones de la rendija, la distancia desde la pantalla y las condiciones iniciales de generación de fotones. 

El fenómeno de difracción puede entenderse cualitativamente teniendo en cuenta las fases relativas de los frentes de ondas secundarios. La superposición de dos semicírculos de ondas da como resultado una interferencia constructiva. Cuando dos semicírculos de ondas se cancelan entre sí, se produce una interferencia destructiva.

Difracción en la atmósfera:

La luz se difracta en la atmósfera al doblar las partículas atmosféricas. Por lo general, la luz es difractada por las diminutas gotas de agua suspendidas en la atmósfera. La curvatura de la luz puede dar lugar a franjas claras, bandas claras, oscuras o de colores. El rayo de luz que se puede observar alrededor de los bordes de las nubes o las coronas de la luna o el sol también es el resultado de la difracción de la luz. 

Curva de la luz vista a través del vapor caliente. (la luz se puede doblar alrededor de las esquinas) Fuente de la imagen: Brocken InagloryGloria solar al vapor de las aguas termalesCC BY-SA 3.0

Ejemplos de difracción vistos en la vida cotidiana

Algunos ejemplos de difracción o curvatura de la luz se pueden ver a menudo en nuestro día a día como:

CD o DVD: En un disco CD o DVD, a menudo podemos ver la formación de un patrón similar a un arco iris. Este patrón similar a un arco iris se forma debido al fenómeno de difracción. Aquí, el CD o DVD actúa como una rejilla de difracción. 

Hologram: Un holograma está diseñado para producir un patrón de difracción. Estos hologramas se ven a menudo en tarjetas de crédito o portadas de libros. 

Propagación del rayo láser: El cambio en el perfil del rayo láser determinado por el fenómeno de difracción que ocurre cuando el rayo láser se propaga a través de un medio. La divergencia más baja registrada debido a la fracción es proporcionada por un frente de onda plano espacialmente coherente con un perfil de haz gaussiano. Generalmente, cuanto mayor es el haz de salida, más lenta es la divergencia.

La extensión de la divergencia de un rayo láser se puede reducir divergiendo primero el rayo con la ayuda de una lente convexa y luego convergiendo o colimando el rayo con la ayuda de una segunda lente convexa que tenga un punto focal que coincida con el punto focal del primero. lentes convexas. De esta manera, el haz resultante tendrá un diámetro mayor en comparación con el haz original y, por lo tanto, la divergencia se reduciría.

Imágenes limitadas por difracción: La difracción limita el poder de resolución de un sistema de imágenes. Debido a la distracción, el haz de luz no puede enfocar en un solo punto. En cambio, tiene lugar la formación de un disco de error que tiene un punto brillante central con un círculo concéntrico que lo rodea. Se ve que con una apertura mayor, las lentes pueden resolver imágenes con mayor precisión. 

Difracción de una rendija: Se toma la difracción de una rendija larga con un ancho insignificante. Luego, la rendija se ilumina con una fuente de luz puntual. Después de pasar a través de la rendija, la luz se difracta en una serie de frentes de onda circulares. La rendija es más ancha que la longitud de onda de la luz, por lo que puede producir patrones de interferencia en el espacio que se encuentra debajo de la rendija.

Patrón de difracción observado a través de una única rendija. ¿Puede la luz doblarse en las esquinas).Fuente de imagen: Dicklyon at Wikipedia en inglésDifracción de onda 4Lambda Slit, (se puede doblar la luz alrededor de las esquinas) marcado como dominio público, más detalles en Wikimedia Commons

TEl concepto de curvatura de la luz puede inducir a certain qpreguntas en la mente de las personas. Echemos un vistazo a algunas de esas preguntas.:

¿La luz viaja en línea recta? ¿Si es así, cómo?

La luz es una onda electromagnética y, por tanto, viaja en forma de onda. Sin embargo, la longitud de onda de la luz es muy pequeña. Por tanto, una onda de luz se toma aproximadamente como un rayo que viaja en línea recta. La propiedad de onda de la luz se puede observar solo cuando interactúa con objetos que tienen un tamaño comparable a la longitud de onda de la luz. Para los objetos de nuestro día a día, la interacción con la luz se toma como rayos que viajan en línea recta. Para objetos más pequeños, la luz se dobla alrededor de las esquinas debido a la difracción.

¿Cómo se relaciona la interferencia con las ondas de agua?

¿Puede la luz doblarse en las esquinas?
Olas de agua.
 Fuente de la imagen: (la luz se puede doblar alrededor de las esquinas)Verbo atrapadorDifracción de ondas en la Laguna Azul, AbereiddyCC BY-SA 4.0

La interferencia de las ondas de luz provoca los efectos ópticos resultantes de la curva.ing de luz. Podemos visualizar este hecho imaginando las ondas de luz como ondas de agua. Supongamos que mantiene una tabla de madera sobre la superficie del agua para que flote, notará que las olas del agua harían que la tabla de madera rebote hacia arriba y hacia abajo de acuerdo con las ondas de agua incidentes. Estas ondas de agua se extienden aún más en todas direcciones e interfieren con las ondas de agua vecinas.

Cuando las crestas de dos ondas de agua se fusionan, se produce la formación de una onda amplificada, es decir, se produce una interferencia constructiva. Sin embargo, cuando el valle de una onda interfiere con la cresta de otra onda, se cancelan entre sí dando como resultado una amplitud nula que no tiene desplazamiento vertical, es decir, interferencia destructiva. Cuando los canales de dos ondas separadas interfieren, forman un canal más deprimido.

Este mismo patrón se observa en el caso de las ondas de luz. Cuando la luz del sol encuentra gotas de agua suspendidas en la atmósfera, las ondas de luz interactúan entre sí de una manera similar a la mencionada anteriormente en el caso de las ondas de agua. En el caso de las ondas de luz, la interferencia constructiva tiene lugar cuando la amplitud máxima de dos ondas de luz interactúan para producir una onda más amplificada.

En otras palabras, cuando dos crestas de ondas de luz interactúan o interfieren, forman un patrón más brillante. La interferencia destructiva ocurre cuando el valle de una onda de luz interfiere con la cresta de otra onda. Esta interferencia destructiva se observa por la formación de un patrón más oscuro. 

Difracción de la luz que provoca la visualización de colores en una telaraña. (se puede doblar la luz en las esquinas)
Fuente de imagen: Brocken InagloryPatrón de difracción en telarañaCC BY-SA 3.0

¿Cómo se puede doblar la luz en las esquinas dentro de una fibra óptica?


Los rayos de luz se refractan después de ingresar al material de fibra óptica.

Las ondas de luz se propagan a través del núcleo de fibra óptica al refractarse hacia adelante y hacia atrás desde el límite o la interfaz entre el núcleo y el revestimiento. La luz se propaga a través de la fibra óptica sin pasar ni transmitir a través de la fibra por un fenómeno de refracción interna total. 

La reflexión interna total solo puede tener lugar cuando el ángulo de la luz incidente en el límite de la fibra óptica es mayor que el ángulo crítico de la fibra. Cuando el ángulo es mayor que el ángulo crítico, la luz se refracta hacia la fibra óptica en lugar de filtrarse a través del revestimiento.

¿Cuál es la condición de máxima desviación de la luz en el prisma?

La desviación máxima de la luz en un prisma puede ser posible debido a las siguientes dos condiciones:

1. La desviación máxima de la luz solo puede tener lugar si el ángulo que incide en el prisma es un ángulo recto, es decir, 90 grados. Esta propiedad también se conoce como incidencia rasante debido al hecho de que los rayos de luz casi "rozan" a lo largo de la superficie del prisma.

2. La segunda condición para la desviación máxima de la luz en un prisma es que cuando un rayo emergente se refleja a 90 grados o podemos decir que roza a lo largo de la superficie del prisma. Esta condición es similar a la condición mencionada anteriormente para la segunda superficie.

Nota: no debemos confundir el ángulo de desviación máxima con el ángulo de desviación mínima de un prisma.

¿Cuál es la diferencia entre dispersión y difracción?

Dispersión de luz: La dispersión de la luz ocurre cuando la luz golpea objetos pequeños como partículas de polvo o moléculas gaseosas de vapor de agua, tiende a desviarse de su camino recto de propagación.. Este fenómeno se denomina dispersión de luz. La dispersión de la luz se puede notar u observar en varios fenómenos ambientales. El color azul del cielo, el color blanco de las nubes, el color rojo del cielo durante el atardecer y el amanecer, el efecto Tyndall, etc. son algunos ejemplos de dispersión de la luz.

Los semáforos o las señales de peligro suelen ser de color rojo porque el rojo dispersa menos de todas las longitudes de onda. La extensión de la dispersión es inversamente proporcional a la cuarta potencia de longitud de onda de la luz. El fenómeno de la dispersión se puede observar como interacciones de ondas e interacciones de partículas tanto. La propiedad de la dispersión está relacionada con las interacciones de las ondas.

Difracción de la luz: La difracción de la luz se refiere al fenómeno por el cual los rayos de luz tienden a doblarse alrededor de las esquinas de un objeto que tiene un tamaño comparable a la longitud de onda de la luz. La difracción se observa solo al tratar la luz solo como una onda. La propiedad de la difracción está relacionada con la propagación de ondas. El patrón de interferencia del patrón observado durante el experimento de una sola rendija, rejillas, hologramas, se produce debido a la difracción.

¿Es posible que un rayo incidente tenga un ángulo de más de 90 grados?

El ángulo de incidencia a una superficie se define como el ángulo formado por el rayo de luz desde la normal hasta el punto que toca. Por lo tanto, el ángulo máximo que se puede hacer con la normal a la superficie es de 90 grados a cada lado.

Esperamos que esta publicación responda a sus consultas. recuperando el fenómeno de difracción.

Sobre Sanchari Chakraborty

Soy un estudiante entusiasta, actualmente invertido en el campo de la Óptica Aplicada y la Fotónica. También soy miembro activo de SPIE (Sociedad internacional de óptica y fotónica) y OSI (Sociedad óptica de India). Mis artículos tienen como objetivo sacar a la luz temas de investigación científica de calidad de una manera simple pero informativa. La ciencia ha ido evolucionando desde tiempos inmemoriales. Por lo tanto, intento aprovechar la evolución y presentarla a los lectores.

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