Interferencia
26 may, 2012
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PDFCon luz blanca
PRESENTACIÓN: Podemos observar fenómenos de interferencia con luz blanca si creamos una fina película de algún material en donde la luz puede reflejarse y refractarse fácilmente, como en una fina capa de aceite sobre una superficie de agua o en una delgada capa de aire entre dos láminas de plástico. El espesor en cada punto y el índice de refracción del material determinan el color de las franjas de interferencia.
- A Thin Film Interference Laboratory Experiment for Introductory Physics, Dereth J. Drake, Christiana G. Epperson, and Savanna L. Burks, Phys. Teach. 58, 272 (2020)
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Outro exemplo moi coñecido de interferencia con luz branca é o que se observa nas burbullas de xabón xa que reflicten un espectro de cores cando se iluminan por luz natural. Nesta web pódese explorar como o fenómeno de interferencia da luz reflectida por unha burbulla de xabón depende do grosor da mesma.
Neste outro vídeo de interferencia de luz branca en películas finas pode observarse a interferencia construtiva de ondas (de varias lonxitudes de onda) nunha película de xabón e auga (unha burbulla).
Aporto un vídeo para ver visualmente las interferencias de la luz, que creo que casi todo el mundo ha visto o incluso tocado ya que es muy conocido y fácil de conseguir. El vídeo que se aporta en la entrada no está mal pero lo veo largo y pesado y poco «visual» para los alumnos de la ESO o Bachillerato. Los conceptos quedan mejor si lo experimentas y no si te explican y te ponen muchísimas fórmulas en el encerado.
También se aprovecha este efecto al aplicar una capa muy fina de alguna sustancia transparente en las lentes para evitar reflejos molestos y mejorar la visibilidad: el famoso antirréflex.
El siguiente vídeo ilustra de un modo claro la interferencia con luz blanca.
Podríamos definir el color como la visualización de las diferentes longitudes de onda de la luz, de esta manera, los colores que vemos dependen de la luz que se refleja o transmite desde los objetos hasta nuestros ojos. Aunque la fuente de color más habitual es la pigmentación, existe otra forma de producirlo: el color estructural. Éste se debe a la existencia de estructuras microscópicas que interfieren con la luz, haciendo que el color cambie según el ángulo desde el que se observa. El ejemplo más conocido de interferencia es el que se produce en las películas de las pompas de jabón, sin embargo aparece mucho en la naturaleza, desde insectos (como los conocidos insectos joya) hasta aves. En este segundo caso el ejemplo más común es el de las plumas del pavo real, un ejemplo de evolución por selección sexual en la que el espectacular plumaje del macho sirve para atraer a las hembras. En el siguiente enlace encontramos una explicación del fenómeno de la interferencia y en este artículo nos explican la iridiscencia en las aves y las pompas de jabón entre otras cosas.
En el siguiente enlace se puede encontrar una gran explicación sobre la interferencia de la luz. Sería un vídeo muy interesante para exponer a alumnos de ESO y Bachillerato y que ellos mismos realizaran todo el proceso, desde el experimento en si para formar la película de jabón, hasta desarrollar la explicación con las ondas en papel, podrían probar distintas longitudes de onda para ver que es lo que pasaría. Incluso podrían experimentar con diferentes tipos de soportes donde crear la película de jabón así como diferentes tipos de jabones y disoluciones con distintas concentraciones de jabón.
El vídeo solo aporta una explicación del fenómeno de interferencia a base de fórmulas, en vez de eso podría haberse añadido un vídeo con un experimento más visual, ya que para eso sirven los vídeos, para reforzar explicaciones.
Como se explica en los comentarios, el vídeo de este proyecto no es adecuado para presentar al alumnado de secundaria ni bachillerato. No aporta información práctica y la explicación mostrada puede ser realizada perfectamente en una clase magistral. En el siguiente vídeo se presenta una explicación de la interferencia de la luz más visual. En este otro vídeo se presenta un experimento práctico.
En el siguiente vídeo se explica al cómo funciona este fenómeno en las aves . En el ojo, distintos tipos de conos distinguen distintos tipos de rangos del espectro electromagnético. Las aves, a diferencia de los humanos (que tienen 3), tienen 4 tipos de conos: son tetracromátricas. Por eso son capaces de ver rangos más cercanos al ultravioleta y distinguen matices que los humanos no podemos ver. Por tanto, los colores brillantes que nosotros vemos, las aves los ven más intensos todavía y con una mayor gama de colores: esto sirve como un mecanismo de atracción para aparearse. En este enlace a una fotografía se puede comprobar cómo vería un estornino a otro estornino, y cómo lo vería un ser humano. Se puede comprobar que los matices y patrones de color son diferentes según el tipo de visión. Este artículo habla sobre la absorción estructural de las microestructuras barbulares de las aves del paraíso.
Las láminas delgadas también se encuentran en los ojos de algunos animales, que poseen una capa de tejido detrás de la retina, el tapetum lucidum. Esta lámina de tejido incrementa la luz recibida y mejora la visión nocturna de algunos animales y es responsable de que los ojos de gatos, y perros, entre otros, brillen en la oscuridad. El tapetum lucidum no se encuentra en animales cuya visión es eminentemente diurna.
El vídeo que se muestra en esta entrada debería ayudarse de actividades prácticas visuales que ayuden a entender mejor este fenómeno. Para completar la información que se presenta, podemos indicar que el primer fenómeno de interferencias, llamado posteriormente anillos de Newton, fue descubierto simultáneamente por Robert Boyle y Robert Hooke en 1663. Pero los primeros experimentos detallados sobre interferencias de luz fueron realizados por Thomas Young en 1802 y, en ellos, Young fue capaz de estimar la longitud de onda de la radiación luminosa. En general, la superposición de dos ondas se manifiesta en una redistribución espacial de la energía, es decir, en bandas brillantes y oscuras denominadas franjas de interferencia. Como se indica en comentarios anteriores, los fenómenos de interferencia se observan a menudo en la naturaleza. Por ejemplo, los colores que se observan en las pompas de jabón están causados por interferencias y esta sería una actividad práctica sencilla que se podría realizar en el aula. En este caso se trata de una película muy fina rodeada por ambas partes de aire. Los haces reflejados en las caras de la lámina de jabón pueden interferir y, dependiendo del espesor local de la lámina, la condición de interferencia constructiva, dado un espesor y un ángulo de observación tendrá lugar para una determinada longitud de onda. Si el espesor cambia de un punto a otro, serán otras las longitudes de onda las que interfieran constructivamente, produciendo una superficie coloreada que nos dará el mapa de espesores de la fina capa. Un fenómeno similar ocurre en los días de lluvia en el asfalto, donde se pueden forman películas muy delgadas de aceite sobre agua. La luz del sol que incide en estas películas se refleja en ambas caras y los haces reflejados interfieren entre sí. Si fijamos un ángulo de observación, podemos observar cómo cada color interfiere constructivamente según el espesor de la capa de aceite, por lo que estas películas aparecen igualmente coloreadas como en el caso explicado anteriormente.
Como ya se ha mencionado anteriormente, este vídeo es muy ilustrativo para mostrar a los alumnos de ESO y bachillerato el concepto de interferencia de luz blanca. Este fenómeno se produce cuando dos o más ondas se solapan o entrecruzan, dando lugar a otra onda resultante cuya amplitud depende de las frecuencias y posiciones relativas de las ondas iniciales. Además de aplicarse a ondas sonoras, el ejemplo que se ilustra aquí consiste en el efecto que produce la luz blanca (compuesta por ondas de luz de distintas longitudes), por ejemplo, al interferir en una burbuja de jabón. La burbuja se ve coloreada porque interfieren destructivamente ciertas longitudes de onda que corresponden con ciertos espesores. Otro ejemplo muy interesante de este efecto es la coloración estructural, como es el caso del plumaje de los pavos reales o de las aves del paraíso. Sus plumas en realidad son colores no pigmentados, pero por el efecto de la interferencia de las ondas se ven colores intensos y pigmentados. Esto es debido a la interferencia de la luz blanca entre dos o más láminas cuando sale y entra de las láminas. Si estas láminas son muy delgadas, interfieren selectivamente una sola longitud de onda (un solo color) en un ángulo específico, por lo que, para diferentes ángulos, tendríamos diferentes colores. En el caso del nácar o plumas de las aves o alas de mariposas, estas láminas son microestructuras, por lo que intensifica este efecto. En este magnífico documental se puede el cortejo de las aves del paraíso, pues estos colores llamativos solo los tienen los machos para captar la atención de las hembras. Se observan diferentes colores de las plumas dependiendo del ángulo de interferencia de las ondas de luz.
A interferencia é un concepto aplicable tamén a ondas acústicas. Podendo ser interferencia coherente ou incoherente segundo a coincidencia no debuxo das súas ondas. Nas ondas coherentes pódese sumar aritméticamente a súas presións, e é por iso que a amplitude do son final verase aumentada; mentras que nas ondas incoherentes as presións non se poden sumar aritméticamente, xa que sempre vai prevalecer o son de maior amplitude de onda.
Estoy de acuerdo con otros de los comentarios en que quizás falta en esa explicación un ejemplo gráfico para que los alumnos lo puedan ver y entiendan claramente cual es el fenómeno para reconocerlo en el futuro. En el siguiente enlace podemos conocer un poco la historia de Young que en el s. XIX descubrió el fenómeno de interferencia, y podemos ver algunas imágenes para entender el fenómeno. La teoría de interferencia de la luz de Young dio fuerza a las teorías ondulatorias de la luz, en contra de las teorías corpusculares de Newton, podemos verlo en este video.
En el siguiente vídeo se muestra el experimento de la doble rendija de Young de forma muy visual. Es un vídeo que debería mostrarse en clase cuando se expliquen estos temas para que los alumnos puedan visualizarlo y así entenderlo mejor. Además, se puede realizar de forma práctica una experiencia con una cubeta llena de agua, donde se crean ondas con un objeto esférico y posteriormente se hace lo mismo con dos objetos, de forma que se observarán fácilmente las interferencias generadas en este caso en el agua.
En este video se puede ver la interferencia de la luz puede entenderse como constructiva o destructiva, dependiendo de su diferencia de fase (similarmente a como se hacían en ondas mecánicas. Asimismo, es posible encontrar los aspectos que deben presentarse para que dicha interferencia sea visible al ojo humano, en los cuales se encuentra el hecho de tener una sola longitud de onda o mantener diferencias de fases constantes.
He encontrado un enlace que me ha parecido muy interesante para seguir profundizando en experimentos sencillos de óptica. Os lo dejo aquí.
Este ejemplo lo pusimos en práctica en clase con un pompero, también hicimos alusión a manchas de gasolina en el asfalto
El experimento de la interferencia de la luz reflejada o refractada sobre ciertas sustancias, me recuerda a la niñez, cuando jugábamos con los pomperos y salían burbujas de distintos colores. También mancha de aceite en el asfalto y el agua de la lluvia. Situaciones cotidianas para facilitar el entendimiento de la interferencia de luz.
Coincido con algúns comentarios anteriores. O vídeo paréceme demasiado teórico para explicar un fenómeno tan atractivo visualmente como a interferencia da luz. De cara a explicar este concepto nunha aula de Secundaria/Bacharelato funcionaría moito mellor crear burbullas de xabón para que poidan apreciar o fenómeno in situ. A nivel teórico, propoño este e este recurso, nos que se combina a explicación do fenómeno de interferencia da luz con imaxes moi visuais e facilmente comprensibles para o alumnado.
Este fenómeno se puede observar en una variedad de contextos naturales y artificiales, algunos de los cuales podemos intuir fácilmente, y otros que no son tan obvios. Por ejemplo, podríamos suponer fácilmente que las burbujas y las manchas de aceite son ejemplos comunes de interferencia, pero ¿cuáles no son tan obvios? Como se menciona en otros comentarios, incluso se puede observar este tipo de interferencia en la coloración de muchas especies animales, especialmente en diferentes tipos de aves e insectos alados. Un caso curioso en el que quizás esperarías que esto suceda es con el Greta Oto, o lo que se conoce como la mariposa cristal. Apropiadamente nombradas, estas mariposas tienen alas con grandes porciones transparentes que parecen ser de vidrio. A diferencia de las alas de otras mariposas, estas reflejan muy poca luz debido a su estructrua, compuesta por nanopilares irregulares y escamas similares a pelos. Esta estructura resulta en una baja absorción de luz visible, baja dispersión de la luz que atraviesa las alas y baja reflexión de la luz. Su belleza es algo digno de contemplar.
Concuerdo con el resto de comentarios que dicen que este video es denso y poco visual para el alumnado de la ESO o Bachillerato, por lo que sería mucho más interesante reproducir los videos o experimentos que se han propuesto en comentarios anteriores. También aprovecho para compartir una aplicación de la interferencia de capas finas cercana al alumnado. Este el caso de los revestimientos antirreflectantes que se aplican en las gafas, lunas de los coches o cámaras para evitar los reflejos, pues todos casi todos sabemos lo incómodo que es ver reflejado nuestro ojo en las gafas, ver el reflejo de la luz en lugar del ojo de una persona que lleva gafas, ver nuestro reflejo en la luna del coche en lugar de la carretera o que salgan destellos de luz no deseados en nuestras fotografías. Estos revestimientos están diseñados de manera que el cambio de fase relativo entre el haz reflejado en los límites superior e inferior de una capa fina sea de 180ºC, produciéndose así una interferencia destructiva entre los haces, que se cancelan antes de salir a la superficie.
En este vídeo podemos ver este fenómeno de interferencia de las ondas de luz sobre el titanio, creando una finísima capa de óxido con una llama.
He encontrado otro video sobre la interferencia de la luz blanca.