Experimento de la doble rendija de Young.

Calculo de la separación de dos rendijas

LABORATORIO GENERAL 1

INTEGRANTES:

Alejando Vladimir Portillo Argueta PA14003

Carlos Humberto Posada Cardona PC14056

Gerson Arístides Rodríguez Rodas RR14129

Julio Amílcar Gómez Jerónimo GJ14001

Kevyn Enrique Pineda Ortiz PO14013

Mario Rene Rivas Granados RG14097

Introducción

La naturaleza de la luz es una cuestión que ha intrigado a los científicos desde tiempos muy remotos. Su comprensión es de enorme importancia, ya que la luz es uno de los componentes esenciales que hacen posible, por ejemplo, la vida en la tierra a través de la fotosíntesis de las plantas, o la recepción y transmisión de información sobre objetos a nuestro alrededor y de todo el universo.

Teniendo en cuenta que la luz no es algo tangible hace que el proceso sea cada vez más incomprensible con su explicación y ha estado rodeado de más de una suposición en cierto modo dogmática. Aun hoy en día se puede afirmar que en realidad todavía nadie ha dado una explicación que convenza a todos.

Objetivos

Estudiar detenidamente los conceptos relacionados con la teoría ondulatoria de la luz como espectro electromagnético, así como su importancia.

Deducir la relación que existe entre los máximos de interferencia, la separación de las rendijas, y la longitud de onda a través del esquema del experimento

Calcular la separación de las rendijas de la red de difracción utilizada, utilizando la ecuación deducida.

Desde la antigüedad, los hombres se preguntaron qué es la luz. Esta cuestión dio lugar, con el transcurso del tiempo, a la formulación de una serie de problemas muy sutiles.

A primera la luz vista viaja en línea recta y podríamos interpretarla tanto como si fuera un haz de partículas que se desplazan o como si fuera una onda como las olas del mar.

Buscando acerca de su naturaleza se postularon dos teorías acerca de ésta

Teoría Corpuscular

Propuesta por Isaac Newton. Ésta sostiene La luz está compuesta por diminutas partículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La dirección de propagación de estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso.

La teoría de Newton se fundamenta en estos puntos:

Propagación rectilínea: La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran velocidad. 

Reflexión: Se sabe que la luz al chocar contra un espejo se refleja. Newton explicaba este fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por tanto la reflexión cumple las  leyes del choque elástico.

Según esta teoría la luz se propagaría con mayor velocidad en medios más densos. Es uno de los puntos débiles de la teoría corpuscular

Teoría Ondulatoria

Propuesta por el físico holándes C. Huygens. Sostiene que , la luz se propaga mediante ondas mecánicas emitidas por un foco luminoso. La luz para propagarse necesitaba un medio material de gran elasticidad.

La energía luminosa no está concentrada en cada partícula, como en la teoría corpuscular sino que está repartida por todo el frente de onda.

Además según esta teoría, la luz se propaga con mayor velocidad en los medios menos densos.

A pesar de esto, la teoría de Huygens fue olvidada durante un siglo debido a la gran autoridad de Newton.

A principios del siglo XIX el físico inglés Thomas Young (1773-1829) inició un trabajo de análisis y experimentación muy amplio con los rayos de luz. Llegó a la conclusión de que todos los fenómenos conocidos se podían explicar suponiendo que la luz estaba formada de ondas.

Comprobó sus ideas haciendo diversos experimentos. Uno de los más notables fue el de la interferencia con dos rendijas.

Experimento de Young

Diseño experimental

Puntero láser

Red de difracción de transmisión

Base para red de difracción

Soporte universal

Prensa nuez

Regla

Tirro

Cinta métrica

Monocromador

Procedimiento

Coloque el puntero láser con mucho cuidado, al soporte universal con la prensa nuez

Ubique la red de difracción del puntero

Verifique que puede mantener encendido el puntero con ayuda de la prensa nuez

Mida la distancia desde la red hasta la pared

Mida la distancia que separa las interferencias

Utilice el monocromador para medir la longitud de onda del puntero

Cálculos

Utilizando proporcionalidad podemos deducir que la razón entre la longitud de onda y la separación entre los máximos de interferencia es igual a la razón entre la distancia L y e.

L(cm) a(cm)   

10 3.9020 7.0030 11.1040 14.5050 17.9060 22.1070 26.1080 28.85090 33.20100 37.50

Al utilizar el monocromador la longitud de onda de la luz del láser obtenida fue de 670nm, al realizar un ajuste indicado por el equipo el valor medido resultó ser de 661.13nm.

Al dejar la proporción en función de L y conociendo el valor de lambda (longitud de onda), la ecuación toma la forma:

En esta relación se puede observar que la pendiente de la ecuación en función de a es (λ/e) por lo cual se procede a encontrar dicha pendiente mediante el método de mínimos cuadrados.

L(cm) a(cm) x2 xy

10 3.90 100 39

20 7.00 400 140

30 11.10 900 333

40 14.50 1600 580

50 17.90 2500 895

60 22.10 3600 1326

70 26.10 4900 1827

80 28.85 6400 2308

90 33.20 8100 2988

100 37.50 10000 3750

550 202.15 38500 14186

Con el valor de la pendiente y conociendo que en la ecuación esta es representada por (λ/e) se deduce una ecuación que permita encontrar el valor de separación entre las rendijas (e)

Conclusiones

La realización de la práctica nos presentó de manera más eficiente un entendimiento más acertado acerca de la teoría ondulatoria de la luz. También, mostró claramente el patrón de interferencia característico del dispositivo de Young.

Además nos reveló la importante dependencia funcional entre la longitud de onda, la separación entre las rendijas y la distancia entre las pantallas.

Conclusiones

De igual manera se dedujo la separación existen en la rendija de difracción la cual se calculó con un valor de 2.44x10-5 cm.

Se comprobó que cada fuente de luz tiene su propia longitud de onda; al medir la que se utilizó para el experimento con el monocromador se encontró que la utilizada en el experimento poseía una longitud de onda de 661.13 nm

En cuando a la incertezas del experimento, quedaron de la siguiente manera:

Incerteza para a = ± 0.1 cm

Incerteza para L = ± 0.1 cm

Incerteza para e = ±0.004 cm