miércoles, enero 03, 2007

Experimento de Young casero (I)

Interferencias en el garaje con un nivel de paleta...

Paso 1: Láser
Me quedé con las ganas de comprobar, por mí mismo, la belleza de la Fase 1 del artículo anterior. Es decir, las interferencias de la luz al paso por dos rendijas. Para ello, lo más sencillo es usar un láser, de los que hay muchos y baratos. Así que fui a la ferretería de mi barrio. Expliqué al dependiente para qué lo quería y después de flipar un poco, me enseñó el que veis en la imagen. Sí, sí, es un nivel de paleta, de toda la vida, con sus burbujitas de agua. Pero, además, dispone de un pequeño láser rojo de longitud de onda l = 650 nm, para marcar paredes y estructuras al mismo nivel. Cómo mola, y con trípode y todo!

Paso 2: Cartulina negra y rendijas
Lo siguiente es hacer dos rendijas paralelas en una cartulina, muy juntas, ya que el haz del láser tendrá que pasar a la vez por las dos. En este caso, la separación fue de 1,3 mm (de 1 a 1,5 mm) de separación d, con mi habitual superprecisión.

Paso 3: Observación final
Por último, debemos situarlo todo de manera que observemos la luz proyectada en una pared o pantalla a varios metros de distancia. El dispositivo fue el de la imagen...

Y Eureka! En la pared, a unos 5,51 m de distancia D de las rendijas, se pueden observar las interferencias claramente. La separación entre 2 máximos (entre el centro de la franja de luz central Po y el centro de la siguiente) es de 2,5 mm (de 2 a 3 mm). Veamos si concuerda con la teoría de Young.
Según Young, se observará un primer máximo P en la pared a una distancia y del máximo central cuando la diferencia de caminos recorridos por la luz sea igual a nl, con n=1 y l=longitud de onda de la luz. (Ver esquema, donde l es la letra griega lambda. Lo he extraído de por aquí)
Con un poco de trigonometría, igualando las tangentes de Ø de los triángulos S1MS2 y PNPo, vemos que y = l D / d.










Así que (pasando todo a milímetros):
y =((650 x 0,000001 x 5510) / 1,3) mm = 2,7 mm

Es decir, que a 2,7 mm del centro Po de las interferencias, encontraremos la siguiente franja iluminada. Esto se corresponde bastante bien con mi medida de 2,5 mm (entre 2 y 3 mm)

COMENTARIOS: El error es grande, ya que el dispositivo es muy, pero que muy, casero y he medido con una regla de esas que ya tiene desgastadas las rayas, de unos 15 años de antigüedad :-) Con medidas mucho más precisas de las distancias d, y, D, podemos usar este dispositivo para determinar las longitudes de onda l de diversos haces, ya que:

l = d y /D

También podemos variar la distancia d entre rendijas y comprobar cómo aumenta y.

Por último, cabe decir que sin una teoría ondulatoria sería muy difícil explicar lo observado. La diferencia de caminos de la luz hasta llegar a la pared está claramente relacionada con la aparición de máximos y mínimos. Y vemos que los máximos (interferencia constructiva) aparecen cuando esta diferencia es n veces la longitud de onda. Es decir, llegan a la vez dos crestas de la onda, o dicho de otro modo: las dos ondas (que emergen de S1 y S2) están en fase.

9 comentarios:

Edmundo V dijo...

Sencillamente genial.

Ya quedaremos un día para que yo lo vea en persona y, además, me muestres los cálculos trigonométricos.

Saludos !

Anónimo dijo...

estupendo

es algo que no es facil de hacer, pero que al lograrlo es sencillamente sorprendente, ademas que me sirve mucho para mis experimentos en la universidad como estudiante de fisica.

Ender el Xenocida dijo...

Gracias, quienquiera que seas.
Hay un experimento sobre la naturaleza ondulatoria de la luz que intentaré hacer: observar el punto de Poisson. Es incluso más espectacular, pero más complicado de montar. Te reto a intentarlo. Yo, si puedo, también lo haré.
Saludos!

nosemeocurrianingunaotra dijo...

En realidad me parece recordar que este experimento se basa ,no en demostrar las interacciones de la luz, sino en demostrar la mecanica cuantica.
De todos modos muy interesante poderlo ver, mis medios son mas rudimentarios y no pude realizarlo.
Saludos

Ender el Xenocida dijo...

Hola, gracias.
Piensa que en época de Young aún no existía la mecánica cuántica!
El experimento clásico de Young lo que muestra en la naturaleza ondulatoria de la luz, ya que se observan patrones de interferencia, algo inexplicable si estuviera formada por corpúsculos clásicos.

Lo que ocurre es que, posteriormente, se utiliza el mismo experimento de Young modificado, haciendo pasar no sólo luz, sino partículas cuánticas para observar sus propiedades de onda o de partícula como se ve en el vídeo del otro post.

Saludos.

Experimentos dijo...

Que bonita, sencilla e impresionante reproducción del experimento de Young!!!!

Siempre digo que la luz tiene trastornos de personalidad, que es bipolar. Jajaja. Hasta cuesta creer que a veces se comporte como una onda, y otras como una partícula!

Saludos!

Elpibegol dijo...

Tengo una pregunta de un examen que me esta volviendo loco:

c) ¿Por qué no se observan efectos de difracción en el experimento clásico de Young?

Tenes idea? :S

Almudena Moncó dijo...

Gracias por tu blog, me encanta. Me presento, soy una chica del bachillerato de excelencia de la Comunidad de Madrid. En este bachillerato tenemos que realizar un pequeño trabajo de investigación y mi elección fue recrear el experimento de Young, meterme en profundidad en temas de Física y mecánica cuántica, sigo realizando experimentos, leyendo y buscando información, pero como puedes imaginar estoy muy perdida. Espero no molestarte pero como veo que estás interesado en el tema, me pregunto si podrías enviarme información, algún consejo o cualquier cosa. Muchas gracias. Saludos

Ender el Xenocida dijo...

Hola Almudena, gracias por tu comentario.
Hay un experimento casero que no he llegado a hacer pero creo que sería una buena manera de introducir los fenómenos cuánticos, al menos cualitativamente. Se trata de hacer un espectroscopio. Sólo necesitas una caja y un trozo de CD (cuidado, no apuntes a un láser ni al sol).
El CD actúa como una red de difracción y lo que hace es separar la luz que recibe según las diferentes longitudes de onda de la que está compuesta. Cada emisor, o tipo de átomo ofrece así un patrón diferente y único.

http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_de_emisi%C3%B3n

Puedes encontrar muchas webs y videos en youtube buscando "espectroscopio casero". Si puedes conseguir obtener una imagen del espectro de una lámpara de sodio o de mercurio (en el laboratorio de alguna universidad), además de ver el de un tubo fluorescente y una bombilla, estaría muy bien.
Podrías introducir así el modelo atómico de niveles energéticos, que es la base de la cuántica.

http://youtu.be/5lQVedue5OQ

http://sudandolagotagorda.blogspot.com.es/2010/03/espectroscopio-simple-casero-i.html

Si te gusta la cuántica, ¡no dudes en estudiar física!
Espero que te sirva. Un saludo.

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