6.10.1: Difracción

A veces las olas no viajan en línea recta, aunque su velocidad no cambie (como en el caso de la refracción). Por ejemplo, puedes escuchar la conversación en la habitación contigua aunque no puedas ver la fuente. Esto se debe a que las ondas sonoras sufren difracción, flexión y difusión a medida que pasan por la puerta entre las dos habitaciones. La difracción solo ocurre cuando la longitud de onda es cercana al tamaño de la abertura u objeto. En la imagen de abajo Jack puede escuchar a Jill hablando aunque no pueden verse.

Figura\(\PageIndex{1}\)

¿Por qué el sonido difracta en la imagen de arriba pero la luz no? Las longitudes de onda del sonido suelen estar entre unos pocos metros y unos pocos centímetros, por lo que están cerca del tamaño de la puerta. Las ondas de luz tienen longitudes de onda mucho más pequeñas, del orden de unos pocos cientos de nanómetros (\(10^{-9}\text{ m}\)). Solo notamos difracción cuando la abertura u objeto está cerca del tamaño de la longitud de onda, por lo que para ver la difracción de luz necesita pasar a través de una abertura mucho más pequeña que una puerta.

La dispersión es un fenómeno similar que ocurre cuando una onda interactúa con un objeto que tiene una frecuencia de resonancia igual que la frecuencia de onda. La onda se absorbe primero y luego se vuelve a emitir en todas las direcciones (o a veces perpendicular a la dirección del incidente). El cielo es azul porque los racimos de moléculas de nitrógeno y oxígeno (que conforman la mayor parte de la atmósfera) tienen resonancias a la misma frecuencia de luz violeta. Violeta y un poco de luz azul se dispersa pero como nuestros ojos no son tan sensibles al violeta vemos el azul. Los otros colores pasan a través. El sol se ve un poco más amarillo de lo que realmente es porque se ha eliminado la parte violeta/azul del espectro (dispersada en otras direcciones). De igual manera las puestas de sol son anaranjadas porque cuando el sol está en el horizonte el camino que la luz recorre para llegar a nosotros pasa por más atmósfera y se elimina aún más violeta/azul.

Ejemplos de video/audio:

• Difracción de tanque ondulación. Aquí las olas de agua viajan a través de una abertura aproximadamente del mismo tamaño que la longitud de onda y cambian su dirección.
• Difracción de tanque ondulación. Estás mirando hacia abajo a la superficie de una bandeja de agua. Observe que las ondas del plano de la derecha se extienden en un círculo a la izquierda después de pasar por la pequeña abertura.
• Difracción láser rojo. Un rayo láser rojo se resplandece a través de varias aberturas pequeñas diferentes. La primera es una abertura cuadrada, la segunda una abertura hexagonal. Entonces el láser se resplandece a través de aberturas únicas de diferentes tamaños. Finalmente el láser se resplandece a través de una serie de hendiduras dobles. ¿Por qué el patrón de luz es complicado en lugar de un simple punto? ¿Cuál es la diferencia en el patrón de luz entre las ranuras simples y las rendijas dobles?
• Una rejilla de difracción es una pieza de vidrio o plástico con una serie de surcos muy pequeños, cada uno de los cuales actúa como una hendidura. Dado que diferentes colores se difractan en diferentes cantidades, la luz blanca vista a través de una rejilla de difracción se extenderá en sus colores componentes como se muestra en este YouTube de difracción incandescente y florescente.
• Mini Laboratorio de Difracción.