Experimentos demostrativos de interferencia de la luz (página 2)

Variante 1: Con fuente de luz
natural

Coloque la lámpara en un extremo del banco
óptico, lo más próximo a ésta ubique
la ranura de ancho variable y a 15 cm de la misma la lente de f =
+0.150 m; en el otro extremo del banco coloque la
pantalla.

Desplace convenientemente la lenta hasta observar en la
pantalla la imagen
nítida de la abertura y regule el ancho de ésta
hasta obtener un haz lo más estrecho posible.

Ahora se debe colocar el porta diafragma con la doble
abertura a unos 15 ó 20 cm de la lente y manipúlela
convenientemente hasta obtener en la pantalla el patrón de
interferencia lo más nítido posible. El local bien
oscurecido.

Variante 2: Con la lámpara
láser.

Se coloca la fuente en el extremo del banco, a 5 cm
ubique una lente divergente de f = – 0,50 m para ensanchar el haz
del láser. Ahora se coloca el diafragma con la doble
abertura a una distancia entre 15 y 20 cm de la lente y se
encentra el haz, el patrón puede observarse inclusive en
una pantalla grande o en una pared a una distancia de 3 a 5 m de
distancia del dispositivo.

Nótese que no se necesita de la lente convergente
ni de la abertura de ancho variable, debido a la alta coherencia
que se logra con esta fuente de luz.

Observaciones:

En la variante 1, con la fuente de luz natural, debe
hacerse notar que la luz no es monocromática, debido a lo
cual las franjas de interferencia, sobre todo las extremas,
aparecen coloreadas. Puede colocarse delante de la lámpara
un porta diafragmas con filtros de colores de las
zonas extremas y central del espectro visible y hacer notar como
varía el espaciamiento entre las franjas de interferencia
sucesivas, en este caso disminuirá la brillantez de los
patrones obtenidos y puede ser necesario acercar a los
estudiantes a la pantalla.

Al aumentar el ancho de la abertura variable se puede
observar como el patrón de interferencia pierde nitidez,
hasta desaparecer, debido a la pérdida de la coherencia
por la no puntualidad de la fuente.

En estos experimentos se
puede mostrar la dependencia del espaciamiento entre las franjas
de interferencia y la distancia entre la pantalla y la doble
abertura, variando esta última
convenientemente.

Ejemplo 2

Título:

Interferencia en
el biprisma de Fresnel

Materiales y equipos: Banco óptico, fuente
de luz intensa, biprisma de Fresnel, diafragma con ranura de
ancho variable, lente de f = + 0.60 m, porta diafragma, porta
lentes, jinetes para el banco óptico, fuente de alimentación de la
lámpara, portalentes universal, pantalla de proyecciones,
filtros de colores.

Desarrollo:

Variante 1: Con la lámpara de luz
intensa.

Como fuente de luz se puede utilizar una lámpara
de vapor de mercurio de
alta presión u
otra fuente de luz intensa de que se disponga (por ejemplo un
proyector de diapositivas).

Coloque la lámpara con su lente condensadora en
un extremo del banco óptico, lo más próximo
a ésta ubique la ranura de ancho variable en dirección horizontal, a 5 cm de la ranura
colimador coloque el biprisma montado en un portalentes universal
y a 25 cm del mismo, la lente condensadora de f = +0.60 m; en el
otro extremo del banco coloque la pantalla a 4 ó 5 m del
montaje.

Regule el ancho de la rendija colimadora y la altura del
biprisma de modo que el haz de luz quede paralelo a la base de
unión de los dos prismas que lo conforman, manipule el
dispositivo hasta obtener el patrón de interferencia
coloreado en la pantalla. Su gran tamaño hace que sea
observable para todos los estudiantes. El enfoque de las franjas
de interferencia se logra regulando la posición de la
lente condensadora de f = +0.60 m. Aquí las franjas del
patrón se obtienen en posición horizontal, para
obtenerlo en posición vertical, basta con girar la rendija
colimadora y el biprisma en 90º.

Variante 2: Con la lámpara
láser.

Se coloca la fuente en el extremo del banco, a 5 cm
ubique dos lentes divergente de f = – 0,50 m, separadas 10
ó 15 cm entre si, para ensanchar el haz del láser.
Ahora se coloca el diafragma con el biprisma a una distancia
entre 15 y 20 cm de la lente y se encentra el haz sobre la base
central del mismo, el patrón puede observarse inclusive en
una pantalla grande o en una pared a una distancia de 3 a 5 m de
distancia del dispositivo.

Figura 1: Montaje del banco
óptico para el biprisma de Fresnel

Observaciones:

Debe hacerse notar que la luz no es
monocromática, debido a lo cual las franjas de
interferencia, sobre todo las extremas, aparecen coloreadas.
Puede colocarse delante de la lámpara un porta diafragmas
con filtros de colores de las zonas extremas y central del
espectro visible y hacer notar como varía el espaciamiento
entre las franjas de interferencia sucesivas, en este caso
disminuirá la brillantez de los patrones obtenidos y puede
ser necesario acercar a los estudiantes a la pantalla.

Al aumentar el ancho de la abertura variable se puede
observar como el patrón de interferencia pierde nitidez,
hasta desaparecer, debido a la pérdida de la coherencia
por la no puntualidad de la fuente.

En estos experimentos se puede mostrar la dependencia
del espaciamiento entre las franjas de interferencia y la
distancia entre la pantalla y el biprisma, variando esta
última convenientemente.

Recordar que en este caso en la región entre el
dispositivo y la pantalla se superponen los haces provenientes de
dos focos coherentes virtuales, formados por el
biprisma.

Ejemplo 3

Título:

Anillos de
Newton

Materiales y equipos: Banco óptico
articulado, fuente de luz intensa, dispositivo para obtener los
anillos de Newton, dos
lentes de f = + 0.150 m, porta diafragma, porta lentes, jinetes
para el banco óptico, fuente de alimentación de la
lámpara, pantalla de retroproyector, filtros de
colores.

Desarrollo:

El dispositivo para obtener los anillos de Newton
consiste en una lente plano-convexa de gran radio de
curvatura colocada sobre una placa de vidrio de caras
planas y paralelas, ambos se sujetan por medio de tres tornillos
que unen dos placas metálicas, lo que permite regular la
posición de la lente.

En calidad de fuente
de luz podrá utilizarse una lámpara de vapor de
mercurio con su condensador de luz.

El banco óptico debe tener una
articulación que permita doblarlo en un ángulo
cercano a 90º, de no disponer de éste, podrá
colocar los dispositivos sobre soportes que permitan obtener
posiciones similares a las que se indican.

En un extremo del banco óptico se colocará
la fuente luminosa y delante de ella a 5 ó 10 cm, la lente
de f = + 0.150 m. A 15 cm de ésta, se colocará el
dispositivo para la obtención de los anillos de Newton, de
modo que la luz proveniente de la fuente quede los más
concentrada posible sobre la lente de éste. El plano del
dispositivo debe formar un ángulo de unos 45º
respecto al plano de la primera lente.

La luz reflejada por el dispositivo de anillos de Newton
debe incidir sobre la segunda lente de f = + 0.150 m, colocada
sobre la parte articulada del banco, a unos 15 cm de dicho
dispositivo, de modo que los dos planos de las lentes de f = +
0.150 m estén en ángulo recto.

Ahora se desplazan convenientemente las dos lentes hasta
obtener una imagen real del patrón interferencial en la
pantalla colocada a 3 ó 4 m de la fuente
luminosa.

El patrón de anillos así obtenido puede
visualizarse para toda el aula, pues tiene un diámetro
aproximado de un metro.

Figura 2 Montaje del banco
óptico articulado para los anillos de
Newton

Observaciones.

Después de obtener el patrón de anillos
para la luz blanca, el cual se observa coloreado, se debe colocar
delante de la lámpara, en forma alternada, diferentes
filtros de colores (los mejores resultados se han observado con
filtros rojos y verdes) y permite notar el cambio en el
radio de los anillos.

Debe dirigirse la observación a la variación del
espaciamiento entre anillos vecinos, así como la
pérdida de su intensidad y nitidez, a medida que aumenta
el radio de estos.

Los mejores resultados se obtienen si la
instalación descrita se coloca en el centro del aula, de
modo que el patrón descrito pueda recogerse poniendo la
pantalla frente al auditorio. Un estudiante debidamente entrenado
puede cambiar los filtros de colores.

Figura 3 Anillos de
Newton

Ejemplo 4

Título:

Interferencia en
una cuña de aire

Materiales y equipos: Banco óptico
articulado, fuente de luz intensa, dos láminas de vidrio,
lente de f = + 0.150 m, porta diafragma, porta lentes, jinetes
para el banco óptico, fuente de alimentación de la
lámpara, pantalla de retroproyector, filtros de colores,
pinzas de sujeción.

Desarrollo:

Para este experimento debe disponer de dos
láminas de vidrio de 1 dm2 aproximadamente y de 2 mm de
espesor y unirlas de plano por medio de tres pinzas de
sujeción.

Coloque el banco óptico doblado por su
articulación en un ángulo recto, en uno de sus
brazos y a unos 10 cm de la articulación se coloca la
lámpara. En el codo de la articulación se ubican
las dos láminas previamente unidas de plano con las pinzas
de sujeción, de modo que los brazos del banco
óptico formen un ángulo de 45º con el plano de
las láminas, así la luz de la lámpara
ilumina a las láminas con una inclinación de
45º y la luz reflejada sale con ese mismo
ángulo.

Se debe colocar la lente de f = + 0.150 m en el otro
brazo del banco a 15 cm de las láminas de vidrio, de forma
que aumente la imagen del patrón de interferencia por
reflexión y la proyecte en la pantalla colocada a 2
ó 3 metros de la instalación.

Búsquese la mejor posición de la
lámpara y la lente hasta ver lo más nítido
posible, las franjas del patrón de interferencia, que se
verán coloreadas, se podrá interponer uno o
más filtros delante de la lámpara y comparar los
patrones así obtenidos.

Variando la presión de las pinzas sobre los
bordes de las láminas de vidrio se observará el
desplazamiento de las franjas del patrón de
interferencia.

Observaciones.

Deberá cuidarse que la luz de la lámpara
nunca sea dirigida hacia los estudiantes. Para evitar que la luz
transmitida a través de las láminas de vidrio
ilumine demasiado el aula e ilumine las paredes, puede colocarse
un paño de tela negro mate detrás de las
mismas.

Debe hacerse hincapié en que las franjas de
interferencia no se ven rectas, si no irregularmente curvadas,
debido a que el espesor de la película de aire entre las
placas de vidrio varía de modo también irregular,
recordar que este método se
emplea en la inspección de la calidad de las superficies,
si puede tomarse una de ellas como patrón de
calidad.

Figura 4 Montaje del banco
óptico articulado para la cuña de
aire

Ejemplo 5

Título:

Interferencia en
una película de jabón

Materiales y equipos: Banco óptico
articulado, fuente de luz intensa, anillo de alambre, lente de f
= + 0.150 m, porta diafragma, porta lentes, jinetes para el banco
óptico, fuente de alimentación de la
lámpara, pantalla de retroproyector, solución de
agua jabonosa,
vaso de precipitados de 1 l, filtros de colores.

Desarrollo:

El montaje es similar al de la demostración
anterior lo que ahora en lugar de colocar las placas de vidrio,
deberá colocar un anillo de alambre de unos 15 a 20 cm de
diámetro, pero alejando más la lámpara para
evitar que el calor que
despide rompa demasiado rápido la pompa de
jabón.

El anillo de alambre debe tener un vástago de 10
a 15 cm de longitud que permita sujetarlo y puede ser construido
de un pedazo de alambre de cobre o
acero por el
propio profesor.

Para obtener la pompa de jabón, se introduce el
aro de alambre en el agua
jabonosa, sacarlo con la película de jabón y
ponerlo en el codo del banco articulado, moviéndolo
convenientemente de modo que la luz reflejada por la pompa de
jabón incida sobre la lente, hasta ver la imagen del
patrón de interferencia en la pantalla. Es menester
ensayar varias veces, antes de hacerlo en el aula.

Observaciones.

Este experimento es muy expresivo y vistoso, porque en
la pantalla se pueden observar las franjas coloreadas. Si el aro
se mantiene de 10 a 15 segundos en la misma posición,
podrá observarse el corrimiento de las franjas de
interferencia, debido a la variación del espesor de la
película de agua jabonosa, por el efecto de la fuerza
gravitatoria.

Colocando un filtro de color
(preferentemente rojo a amarillo) delante de la fuente luminosa,
se podrán observar las franjas brillantes y oscuras, en
este caso se debe acercar la pantalla, debido a la pérdida
de intensidad luminosa, que hacen menos nítido el
patrón interferencial.

A la preparación de la solución jabonosa,
agregue un poco de glicerina para mejorar la duración de
la pompa de jabón.

Figura 5 Montaje del banco
óptico articulado para la pompa de
jabón

Conclusiones

Si cada demostración se prepara con
antelación y se ensaya convenientemente, el tiempo para su
ejecución en el aula debe ser mínimo, oscilando
desde dos hasta seis minutos las más extensas. El factor
tiempo no debe constituir un impedimento para no realizarla,
porque en la Física lo más
importante es lo fenomenológico del contenido. Las
ecuaciones,
fórmulas, descripciones y definiciones aparecen en los
textos, pero la evidencia viva del fenómeno,
no.

Una mayor efectividad se logra con un local que permita
su oscurecimiento temporal, pero esto se puede lograr con
economía de recursos.

Especial cuidado debe poner el docente con las medidas
de protección al trabajar con fuentes de
radiación
ionizantes.

Todas las demostraciones han sido ensayadas y llevadas a
la práctica durante varios cursos y si se ejecutan
siguiendo las indicaciones que se exponen, deben dar los
resultados esperados.

Bibliografía

• Daish, C.B y Fender, D.H (1964) Física
  Experimental para estudios elementales y superiores.
  Editorial UTEHA. México.

• Herrera, J. (2009) Demostraciones Experimentales de
  Óptica. Colección Monográficos InterTech
  No.1. Comunica S,L. Valencia. ISBN-13: 978-84-692-5532-2.
  Pág. 23 – 29

• Westphal, N. F. (1965) Experimentos de
  Física. Editorial Labor. Madrid.

Autor:

Jorge Luis Herrera
Fuentes

Departamento de Física. Universidad de
Pinar del Río. Cuba.