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Óptica física: interferencia en una cuña de vidrio (8575)

F_y_Q — 2025-12-06T04:19:32Z

Se dispone de dos láminas planas de vidrio, cuyo índice de refracción es $$$ \text{n}_\text{v} = 1.5$$$, de longitud L = 10 cm. Una de ellas se apoya sobre la otra, pero en un extremo se separa mediante un alambre delgado de diámetro «d», formando una cuña de aire de ángulo muy pequeño «$$$ \alpha$$$», como se muestra en la figura:

El índice de refracción del aire es $$$ \text{n}_\text{a} = 1.0$$$. Se ilumina el sistema desde arriba con luz incidente normal a las láminas.

Parte A:

Cuando se utiliza luz monocromática de longitud de onda $$$ \lambda = 600\ \text{nm}$$$, se observa un patrón de interferencia formado por franjas brillantes y oscuras. A lo largo de toda la longitud «L» se cuentan exactamente 20 franjas brillantes. Calcula:

i) El ángulo «$$$ \alpha$$$» de la cuña de aire.

ii) El diámetro «d» del alambre.

Parte B:

Ahora se ilumina la cuña con luz blanca, el espectro visible recorre los valores de longitud de onda desde 400 nm a 700 nm. Describe cualitativamente qué se observa en:

iii) El extremo donde las láminas están en contacto, «x = 0».

iv) En una posición ubicada a «x = 2 cm» del borde de contacto.

Las interferencias en una lámina delgada, cuando la luz incide normalmente sobre una cuña de aire, los rayos reflejados en la superficie superior e inferior interfieren. La diferencia de camino óptico es $$$ \delta = 2\text{n}_\text{a}\cdot \text{t} + \frac{\lambda}{2}$$$, donde el término $$$ \frac{\lambda}{2}$$$ surge del cambio de fase $$$ \pi$$$ en la reflexión en la interfaz aire-vidrio inferior, porque la reflexión en la interfaz vidrio-aire superior no produce cambio de fase porque «$$$ \text{n}_\text{v}$$$» es mayor que «$$$ \text{n}_\text{a}$$$».

La interferencia será constructiva cuando $$$ \delta = \text{m}\cdot \lambda$$$, con valores de «m = 1, 2, 3,...». La interferencia será destructiva cuando $$$ \delta = (\text{m} + \frac{1}{2})\cdot \lambda$$$, con valores de «m = 0, 1, 2,...».

El término «t» hace referencia al espesor de aire y está relacionado con la distancia «x» al vértice en el que se unen ambas láminas de vidrio y es función del ángulo: «$$$ \text{t}(x) = \alpha\cdot x$$$». En el extremo derecho. «$$$ \text{t(L)} = \text{d} = \alpha\cdot \text{L}$$$».

Parte A: Luz monocromática con $$$ \lambda = 600\ \text{nm}$$$.

i) Para calcular el ángulo de la cuña de aire debes comenzar por analizar la posición de las franjas brillantes. Para ello, tienes en cuenta la ecuación de las interferencias constructivas:

$$$ 2\text{t} + \dfrac{\lambda}{2} = \text{m}\cdot \lambda\ \to\ \color{forestgreen}{\bf 2t = \left( m - \dfrac{1}{2} \right) \lambda}$$$

Reescribes la ecuación anterior porque «t» depende del ángulo de la cuña, que es lo que quieres calcular:

$$$ 2\alpha\cdot x = \left(\text{m} - \dfrac{1}{2} \right) \lambda\ \to\ \ \color{forestgreen}{\bf{x_\text{m} = \dfrac{(\text{m} - \dfrac{1}{2}) \lambda}{2\alpha}}}, \quad \text{m} = 1, 2, 3, \dots$$$

La primera franja brillante se da cuando «m = 1», la segunda será para «m = 2» y así sucesivamente:

$$$ \color{royalblue}{\bf x_1 = \dfrac{\lambda}{4\alpha}}$$$
$$$ \color{royalblue}{\bf x_2 = \dfrac{3\lambda}{4\alpha}}$$$

El espaciado entre franjas brillantes consecutivas es constante:

$$$ \Delta x = x_{\text{m}+1} - x_\text{m}\ \to\ \color{royalblue}{\bf \Delta x = \dfrac{\lambda}{2\alpha}}$$$

Como son 20 las franjas brillantes a lo largo de la longitud «L», y si asumes que la primera franja brillante aparece cerca del borde en el que están en contacto las láminas y la última en el extremo opuesto, la franja número 20 corresponde a:

$$$ x_{20} = \text{L} = \dfrac{(20 - \dfrac{1}{2}) \lambda}{2\alpha}\ \to\ \color{forestgreen}{\bf L = \dfrac{39 \lambda}{4\alpha}}$$$

Ahora puedes despejar el valor de «$$$ \alpha$$$» y calcularlo:

$$$ \require{cancel} \color{forestgreen}{\bf{\alpha = \dfrac{39\lambda}{4L}}}\ \to\ \alpha = \dfrac{39\cdot 600\cdot 10^{-9}\ \cancel{\text{m}}}{4\cdot 0.1\ \cancel{\text{m}}} = \color{firebrick}{\boxed{\bf 5.85\cdot 10^{-5}\ \text{rad}}}$$$

ii) El cálculo del diámetro del alambre es inmediato si tienes en cuenta que cuando «x = L» se cumple que «t = d»:

$$$ \color{forestgreen}{\bf{d = \alpha\cdot L}} = 5.85\cdot 10^{-5}\cdot 0.1\ \text{m} = \color{firebrick}{\boxed{\bf 5.85\cdot 10^{-6}\ m}}$$$

Parte B: Luz blanca con $$$ 400\ \text{nm} \leq \lambda \leq 700\ \text{nm}$$$.

En este caso, cada una de las longitudes de onda interfiere según su propia condición, por lo que el patrón resultante será una superposición de franjas coloreadas.

iii) Donde las láminas están en contacto «t = 0». La diferencia de camino óptico es el mismo para todas las longitudes de onda $$$ (\delta = \frac{\lambda}{2})$$$, que coincide con las interferencias destructivas. Eso quiere decir que se observará una franja oscura en ese punto.

iv) Lo primero que debes hacer es calcular el espesor de aire que corresponde a la distancia «x = 2 cm» del extremo izquierdo:

$$$ \color{forestgreen}{\bf{t = \alpha\cdot x}} = 5.85\cdot 10^{-5}\cdot 0.02\ \text{m} = \color{royalblue}{\bf 1.17\cdot 10^{-6}\ m}$$$

La condición para interferencia constructiva es:

$$$ 2\text{t} = \left(\text{m} - \frac{1}{2} \right) \lambda, \quad (\text{Ec}.\ 1)$$$

Despejas el valor de «m» en la ecuación y obtienes:

$$$ \color{forestgreen}{\bf m = \dfrac{2t}{\lambda} + \dfrac{1}{2}}$$$

Si impones los límites de la longitud de onda en el espectro visible puedes calcular los órdenes «m» para los que estás dentro del visible:

$$$ \require{cancel} m_{400} = \dfrac{2\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \cancel{\text{m}}}{4\cdot 10^{-7}\ \cancel{\text{m}}} + \dfrac{1}{2} = 6.37\ \to\ \color{royalblue}{\bf m_{400} = 6}$$$
$$$ \require{cancel} m_{700} = \dfrac{2\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \cancel{\text{m}}}{7\cdot 10^{-7}\ \cancel{\text{m}}} + \dfrac{1}{2} = 3.84\ \to\ \color{royalblue}{\bf m_{700} = 4}$$$

Si despejas el valor de la longitud de onda de la «Ec.1» obtienes:

$$$ \lambda = \dfrac{2\text{t}}{\text{m} - \frac{1}{2}}\ \to\ \color{forestgreen}{\bf{\lambda = \dfrac{4t}{2m - 1}}}, \quad m = 4, 5\ \text{y}\ 6$$$

Haces el cálculo para los valores de «m» del visible y obtienes las longitudes de onda:

$$$ (\text{m} = 4)\ \to\ \lambda = \dfrac{4\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \text{m}}{7} = 6.68\cdot 10^{-7}\ \text{m} \equiv \color{firebrick}{\boxed{\bf 668\ \text{nm} \quad (rojo)}}$$$

$$$ (\text{m} = 5)\ \to\ \lambda = \dfrac{4\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \text{m}}{9} = 5.20\cdot 10^{-7}\ \text{m} \equiv \color{firebrick}{\boxed{\bf 520\ \text{nm} \quad (verde)}}$$$

$$$ (\text{m} = 6)\ \to\ \lambda = \dfrac{4\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \text{m}}{11} = 4.25\cdot 10^{-7}\ \text{m} \equiv \color{firebrick}{\boxed{\bf 425\ \text{nm} \quad (violeta)}}$$$

Para las interferencias destructivas puedes hacer una deducción análoga a la que has realizado para las interferencias constructivas. La condición de interferencia destructiva es:

$$$ 2\text{t} = \text{m}\cdot \lambda \quad (\text{Ec}.\ 2)$$$

Si despejas el valor de «m» obtienes:

$$$ \color{forestgreen}{\bf m = \dfrac{2t}{\lambda}}$$$

Los valores de «m» para los extremos de longitud de onda para el visibles son:

$$$ \require{cancel} m_{400} = \dfrac{2\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \cancel{\text{m}}}{4\cdot 10^{-7}\ \cancel{\text{m}}} = 5.85\ \to\ \color{royalblue}{\bf m_{400} = 6}$$$
$$$ \require{cancel} m_{700} = \dfrac{2\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \cancel{\text{m}}}{7\cdot 10^{-7}\ \cancel{\text{m}}} = 3.34\ \to\ \color{royalblue}{\bf m_{700} = 3}$$$

Si despejas la longitud de onda de la «Ec. 2» obtienes la ecuación:

$$$ \color{forestgreen}{\bf \lambda = \dfrac{2t}{m}}$$$

Sustituyes los valores de «m» calculados en esta última ecuación:

$$$ (\text{m} = 3)\ \to\ \lambda = \dfrac{2\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \text{m}}{3} = 7.8\cdot 10^{-7}\ \text{m} \equiv \color{royalblue}{\bf 780\ nm}$$$

Este valor está fuera del rango visible porque es un valor extremo. Puedes analizar qué pasa con el otro valor extremo:

$$$ (\text{m} = 6)\ \to\ \lambda = \dfrac{2\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \text{m}}{6} = 3.9\cdot 10^{-7}\ \text{m} \equiv \color{royalblue}{\bf 390\ nm}$$$

También queda fuera del intervalo del espectro visible, aunque muy cerca del violeta. Los valores intermedios sí que deben coincidir con el rango del espectro visible:

$$$ (\text{m} = 4)\ \to\ \lambda = \dfrac{2\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \text{m}}{4} = 5.85\cdot 10^{-7}\ \text{m} \equiv \color{firebrick}{\boxed{\bf 585\ nm \quad (amarillo-naranja)}}$$$

$$$ (\text{m} = 5)\ \to\ \lambda = \dfrac{2\cdot 1.17\cdot 10^{-6}\ \text{m}}{5} = 4.68\cdot 10^{-7}\ \text{m} \equiv \color{firebrick}{\boxed{\bf 468\ nm \quad (azul)}}$$$

Como el espectro es continuo, en «x = 2 cm» se observará una mezcla de colores, con intensidades máximas (franjas brillantes) en tonos rojos, verdes y violetas, y mínimos (franjas oscuras) en tonos amarillo-naranja y azul. Este patrón de bandas de colores irisados es característico de la interferencia de luz blanca en películas delgadas.

[P(831)] Cálculo de algunas características de una onda estacionaria (7873)

F_y_Q — 2023-03-03T08:28:22Z

Puedes acceder AQUÍ al enunciado y las respuestas a los apartados del problema que se resuelve en el vídeo.

- 03 - Movimiento Ondulatorio / Amplitud, Interferencias, Onda estacionaria, Nodos, Vientres

Interferencia de ondas iguales (4806)

F_y_Q — 2018-10-14T10:06:26Z

Dos ondas iguales de ecuaciones e se propagan por el mismo medio. Calcula:

a) La ecuación de la onda que resulta de la interferencia de las ondas anteriores.

b) El resultado de la interferencia de las ondas en un punto que dista 0.25 m del foco emisor de la primera onda y 0.5 m del foco emisor de la segunda onda.

Si clicas sobre la miniatura podrás ver cómo queda resuelto el ejercicio:

RESOLUCIÓN DEL EJERCICIO EN VÍDEO:

[P(4806)] Interferencia de ondas iguales (4810)

F_y_Q — 2018-10-13T09:36:28Z

Puedes ver el enunciado y las respuestas del problema resuelto en el vídeo si haces clic en este enlace.

Si te gusta puedes ver más vídeos en el canal Acción-Educación de Youtube.

Patrón de interferencias: experimento de Young (2272)

F_y_Q — 2013-10-07T05:15:45Z

Se hace llegar un haz de luz monocromática de longitud de onda 700 nm perpendicularmente a dos rendijas, que están separadas una distancia de 0.2 mm (experimento de Young). Colocamos una pantalla, suficientemente grande, a una distancia de 0.5 m de las rendijas, perpendicularmente al haz luminoso. Se observa un patrón de interferencia.

a) Respecto al centro de la pantalla, ¿cuál es la posición del primer mínimo en el patrón de interferencia observado?

b) ¿Cuál es la distancia que media desde el centro de la pantalla y la posición del octavo máximo en dicho patrón?

c) ¿Cuál es la distancia entre la tercera y la cuarta franjas brillantes del patrón?

a) La posición del primer mínimo la puedes obtener usando la ecuación de los mínimos de interferencia:

Para el primer mínimo «n = 1». Sustituyes y calculas:

b) Ahora usas la ecuación para los máximos de interferencia:

Ahora debes tomar «n = 8» y sustituir el resto de los datos para calcular:

c) La distancia entre franjas brillantes consecutivas es:

Si sustituyes y calculas:

Movimiento ondulatorio: selectividad junio 2012 (1810)

F_y_Q — 2012-07-08T12:35:14Z

Una onda en una cuerda viene descrita por:

(S.I)

a) Explica qué tipo de movimiento describen los puntos de la cuerda y calcula la máxima velocidad del punto situado en x = 3.5 cm.

b) Determina la velocidad de propagación y la amplitud de las ondas cuya superposición daría origen a la onda indicada.

a) Describen un movimiento armónico simple ;

b) ;

Interferencia de dos ondas para dar una onda estacionaria (831)

F_y_Q — 2010-04-28T19:48:52Z

Dos ondas e , expresadas en unidades SI, originan una interferencia.

a) Escribe la ecuación de la onda estacionaria resultante.

b) Calcula la amplitud de los vientres.

c) Calcula la distancia entre dos vientres consecutivos.

d) ¿A qué distancia del primer nodo se forma el quinto vientre?

a)

b)

c)

d)

RESOLUCIÓN DE PROBLEMA EN VÍDEO.

Cuestión ondas (826)

F_y_Q — 2010-04-27T17:42:07Z

¿Cuál es la condición para que una interferencia sea constructiva? ¿Y para que sea destructiva?

La condición para que una interferencia en un punto del espacio entre dos ondas sea constructiva es que la diferencia entre las distancias de ese punto a los focos de ambas ondas sea un número entero de veces la longitud de onda de las ondas que interfieren:

La condición para que una interferencia en un punto del espacio entre dos ondas sea destructiva es que la diferencia entre las distancias de ese punto a los focos de ambas ondas sea un número impar de veces la mitad de la longitud de onda de las ondas que interfieren:

Cuestión ondas 0001

F_y_Q — 2010-04-27T17:39:46Z

Responde a las cuestiones:
a) ¿Se puede polarizar una onda sonora? ¿Por qué?
b) Cuando se produce una interferencia entre ondas, ¿se destruye parte de la energía que propaga cada una?

- Movimiento Ondulatorio / Energía, Interferencias, Polarización

Onda estacionaria como interferencia de dos ondas idénticas (822)

F_y_Q — 2010-04-26T19:22:46Z

Dos ondas idénticas de ecuación se propagan por el mismo medio. Calcula:

a) La ecuación de la onda estacionaria que resulta de la interferencia de las ondas anteriores.

b) El resultado de la interferencia de las ondas en un punto que dista 0.25 m del foco emisor de la primera onda y 0.5 m del foco emisor de la segunda.

a) Dado que se trata de ondas idénticas, la onda resultante será la suma de esas dos ondas:

Al tratarse de ondas que tienen el mismo desfase, el resultado es:

Otro modo de hacerlo es considerar la ecuación general para la interferencia de ondas que no tienen el mismo desfase:

El primer coseno resulta uno porque y el . La ecuación que resulta coincide con la que has obtenido antes para un valor de f = 20 Hz y :

b) Si usas la ecuación general y haces y obtendrás:

La amplitud de la onda resultante es:

Se trata de una interferencia destructiva.

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