Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Interferencia y Difracción


En el fascinante mundo de la óptica de ondas, dos fenómenos conocidos como interferencia y difracción desempeñan un papel importante. Estos fenómenos surgen debido a la naturaleza ondulatoria de la luz y destacan las formas interesantes en que las ondas interactúan entre sí y con los obstáculos en su camino. Profundicemos en los detalles de estos fenómenos.

Interferencia

La interferencia es un fenómeno que ocurre cuando dos o más ondas se superponen y se combinan para formar un nuevo patrón de ondas. Esto puede suceder con cualquier tipo de onda, incluyendo las ondas sonoras, de agua y de luz. En óptica, la interferencia se utiliza a menudo para describir los patrones formados cuando las ondas de luz se superponen.

Interferencia constructiva y destructiva

Cuando las ondas se superponen, pueden interferir entre sí de dos maneras principales:

  • Interferencia constructiva: Cuando dos ondas se combinan para formar una onda de amplitud mayor, experimentan interferencia constructiva.
  • Interferencia destructiva: Cuando dos ondas se cancelan entre sí para formar una onda con menor amplitud, experimentan interferencia destructiva.
Onda 1 Onda 2 interferencia constructiva

En el ejemplo anterior, dos ondas (una azul y la otra roja) se superponen, resultando en una interferencia constructiva cuando los picos se alinean y producen una onda de amplitud más alta.

El experimento de la doble rendija de Young

Uno de los experimentos más famosos de interferencia en óptica es el experimento de la doble rendija de Young. Funciona así:

  • La luz pasa a través de dos rendijas muy cercanas entre sí.
  • La luz que sale de las rendijas actúa como dos fuentes coherentes de luz.
  • Cuando las ondas de luz provenientes de estas rendijas se superponen, crean un patrón de interferencia en la pantalla detrás de las rendijas.
Rendija 1 Rendija 2 Franjas de interferencia en la pantalla

La observación principal en este experimento es la formación de franjas brillantes y oscuras en la pantalla. Las franjas brillantes son los lugares de interferencia constructiva, y las franjas oscuras son los lugares de interferencia destructiva.

Representación matemática

Las condiciones de interferencia constructiva y destructiva pueden describirse utilizando la diferencia de camino entre las ondas de la rendija. La diferencia de camino está dada por:

    Δ = d * sin(θ)
    Δ = d * sin(θ)

Donde:

  • Δ es la diferencia de camino.
  • d es la distancia entre las rendijas.
  • θ es el ángulo de la onda en relación con la dirección original de la luz.

Las condiciones para la interferencia constructiva y destructiva son:

  • Interferencia constructiva: Δ = mλ (donde m es un número entero).
  • Interferencia destructiva: Δ = (m + 1/2)λ (donde m es un número entero).

Difracción

La difracción es la curvatura de las ondas alrededor de los obstáculos o la propagación de las ondas al pasar por pequeños agujeros. Esto es un comportamiento característico de todas las ondas, incluidas las ondas de luz.

Difracción de una sola rendija

Cuando la luz pasa a través de una rendija estrecha, se dispersa y forma un patrón de bandas de luz y oscuridad, conocido como un patrón de difracción. Esto se puede demostrar con un experimento de una sola rendija:

  • La luz pasa a través de un agujero estrecho.
  • La luz se dispersa y se curva alrededor de los bordes de la rendija.
  • El resultado es una franja central brillante con unas franjas más tenues a ambos lados.
Rendija Patrón de difracción

El ancho del máximo central y la posición del mínimo (banda oscura) en el patrón de difracción se pueden calcular usando la fórmula:

    a * sin(θ) = mλ
    a * sin(θ) = mλ

Donde:

  • a es el ancho de la rendija.
  • θ es el ángulo en el que ocurre el mínimo.
  • m es el orden del mínimo (un número entero excepto cero).
  • λ es la longitud de onda de la luz.

Rejillas y difracción

Las rejillas de difracción son componentes ópticos con múltiples rendijas. Se utilizan para dispersar la luz en sus colores o longitudes de onda componentes, similar a un prisma pero utilizando la difracción en lugar de la refracción. Cuando la luz pasa a través de la rejilla, cada rendija actúa como una fuente de ondas de luz difractada.

La fórmula que describe los ángulos máximos en una rejilla de difracción es similar a la fórmula de interferencia simple:

    d * sin(θ) = mλ
    d * sin(θ) = mλ

Donde estos términos corresponden al escenario de difracción de una sola rendija:

  • d es la distancia entre rendijas adyacentes en la rejilla.
  • θ es el ángulo máximo de la m-ésima orden.
  • m es el orden del máximo de difracción.
  • λ es la longitud de onda de la luz.

Aplicaciones de la interferencia y la difracción

Los principios de la interferencia y la difracción tienen muchas aplicaciones en varios campos:

Instrumentos ópticos

Muchos instrumentos ópticos como microscopios y telescopios dependen de los principios de la interferencia y difracción para mejorar la calidad de imagen y la magnificación. El diseño de lentes implica comprender cómo se comportan las ondas de luz cuando se superponen, haciendo que el conocimiento de la interferencia sea importante en la ingeniería óptica.

Ingeniería y tecnología

La interferencia se utiliza en muchas aplicaciones de ingeniería, como el diseño de auriculares con cancelación de ruido, donde las ondas sonoras son manipuladas para crear un patrón de cancelación que reduce el ruido.

Investigación científica

En la investigación científica, los patrones de difracción son útiles para identificar la estructura de sustancias, incluyendo el estudio de estructuras cristalinas y la disposición de átomos. En particular, la difracción de rayos X ha sido importante para descubrir los detalles de moléculas complejas como el ADN.

Conclusión

El descubrimiento de la interferencia y la difracción en la óptica de ondas ha abierto vastos campos de estudio y aplicación. El experimento de la doble rendija de Young marcó el nacimiento de la óptica de ondas, ayudando a las personas a comprender la naturaleza dual de la luz y otros fenómenos relacionados con ondas. La interacción de las ondas son conceptos importantes, demostrando que el universo no es solo una simple realidad de partículas, sino una vasta y compleja danza de ondas.


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