Patrón de interferencia en pulsos de ondas

Experientia docet Ondas Artículo 7 de 8

La imagen de arriba muestra ondulaciones que se propagan desde una fuente, en este caso una gota de agua que cae, en el plano de la superficie del agua. Lo que está ocurriendo lo podemos ver idealizadamente en el dibujo de la Figura 1, donde tenemos una sección del patrón del nivel del agua en un instante de tiempo.

Figura 1.
Figura 2

La imagen de la Figura 2 introduce un fenómeno que juega un papel fundamental en muchos aspectos de la física. En ella vemos ondulaciones que tienen su origen en distintas fuentes y que interfieren entre sí. En la Figura 3 vemos qué ocurre en el caso de dos gotas idénticas que caen al mismo tiempo, es decir, perturbaciones que están en fase. Cada fuente crea su propio conjunto de ondas circulares que se extienden por la superficie. La imagen captura el patrón resultante por los conjuntos de ondas superpuestas en un instante dado. Este patrón se llama patrón de interferencia.

Figura 3

Podemos interpretar lo que vemos aquí en términos de lo que ya sabemos sobre las ondas. Podemos predecir cómo cambiará el patrón con el tiempo. Pero primero observa la imagen del patrón de interferencia desde un ángulo distinto de la perpendicular a este texto. Verás más claramente algunas bandas grises casi rectas. Podemos explicar esta característica por el principio de superposición.

Para empezar, supongamos que dos fuentes producen pulsos idénticos en el mismo instante. Cada pulso contiene una cresta y un valle (Figura 4). En cada pulso, la altura de la cresta por encima del nivel no perturbado o promedio es igual a la profundidad del valle contiguo. Los diagramas sucesivos muestran los patrones de la superficie del agua después de intervalos de tiempo iguales. A medida que los pulsos se extienden, los puntos en los que se solapan también se mueven. En la figura un pequeño círculo negro indica dónde una cresta se superpone a otra cresta. Un pequeño círculo mitad negro/mitad en blanco marca cada punto donde una cresta se superpone a un valle. Un círculo pequeño en blanco indica la coincidencia de valles. De acuerdo con el principio de superposición, el nivel del agua debe ser más alto en los círculos negros (donde las crestas se superponen); debería ser más bajo en los círculos en blanco; y estar a la altura promedio en los círculos medio oscuros.

En los puntos marcados con círculos negros los dos pulsos llegan en fase. En los puntos indicados por círculos en blanco los pulsos también llegan en fase. En cualquier caso, las ondas se refuerzan entre sí, causando una mayor amplitud de la cresta o del valle. Así, se dice que las ondas interfieren constructivamente. En este caso, todos estos puntos están a la misma distancia de cada una de las fuentes. A medida que se extienden las ondas, la región de máxima perturbación se mueve a lo largo de la línea central punteada marcada con la letra (a). En los puntos marcados con círculos mitad negro/mitad en blancos, los dos pulsos llegan completamente fuera de fase. Aquí las ondas se cancelan y se dice que interfieren destructivamente, dejando la superficie del agua inalterada.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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