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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Experimento de la doble rendija de Young


El experimento de la doble rendija de Young es un concepto fundamental en el campo de la óptica de ondas. Ha desempeñado un papel vital en el desarrollo de nuestra comprensión de la naturaleza de la luz y la teoría ondulatoria de la luz. El experimento fue realizado por primera vez por Thomas Young en 1801 y proporcionó evidencia concluyente a favor de la teoría ondulatoria de la luz. En esta lección, exploraremos el experimento en detalle, entendiendo su configuración, observaciones e implicaciones en términos simples y comprensibles.

Introducción al experimento

La idea detrás del experimento de Young es mostrar que la luz exhibe propiedades ondulatorias al demostrar la interferencia, un fenómeno en el cual dos o más ondas se superponen para formar un nuevo patrón ondulatorio. En el experimento de la doble rendija, la luz se proyecta a través de dos rendijas separadas estrechamente, y se observa un patrón de interferencia en una pantalla colocada detrás de las rendijas. El patrón consiste en una serie de franjas brillantes y oscuras. Echemos un vistazo más profundo a los detalles de la configuración experimental y la física detrás de ella.

Configuración del experimento

El experimento de Young requiere una fuente de luz coherente, un obstáculo con dos rendijas estrechamente espaciadas y una pantalla para ver los resultados. Los pasos para configurar el experimento son los siguientes:

  1. Fuente de luz: Se utilizan fuentes de luz monocromáticas (como láseres) para asegurar que las ondas de luz sean coherentes, es decir, que tengan una diferencia de fase constante y la misma frecuencia.
  2. Doble rendija: La luz de la fuente incide en un obstáculo que contiene dos rendijas delgadas y estrechamente espaciadas. Estas rendijas actúan como nuevas fuentes coherentes de ondas de luz.
  3. Pantalla: Se coloca una pantalla a cierta distancia al otro lado de la rendija para capturar el patrón de interferencia creado por las ondas de luz superpuestas.

Entendiendo la naturaleza ondulatoria de la luz

Cuando las ondas de luz coherente pasan a través de una doble rendija, se extienden y se superponen en el otro lado. Según los principios de superposición, cuando dos ondas se superponen, sus amplitudes se combinan, causando interferencia constructiva o destructiva. La fórmula para determinar la posición de las franjas brillantes y oscuras se deriva de este principio.

Patrón de interferencia

La interferencia de ondas puede entenderse a través de los siguientes conceptos:

  • Interferencia constructiva: Esto ocurre cuando la cresta de una onda se superpone con la cresta de otra, y lo mismo ocurre con el valle. El resultado es una onda de mayor amplitud. Matemáticamente, esto ocurre cuando la diferencia de camino entre las dos ondas es un múltiplo entero de la longitud de onda (nλ, donde n es un entero).
  • Interferencia destructiva: Esto ocurre cuando la cresta de una onda se superpone con el valle de otra, cancelándose mutuamente. Esto resulta en una mínima amplitud o ninguna onda en absoluto. Esto ocurre cuando la diferencia de camino es un múltiplo impar de la media longitud de onda ((n + 0.5)λ).

Visualmente, el patrón en la pantalla aparece como franjas alternadas brillantes y oscuras:

Franja brillante (constructiva) Franja oscura (destructiva) Franja brillante (constructiva) ...

Descripción matemática

La fórmula para la posición de las franjas brillantes y oscuras se puede derivar de la siguiente manera:

Distancia entre rendijas: d

Longitud de onda de la luz: λ

Distancia desde la rendija a la pantalla: D

Para la interferencia constructiva (franjas brillantes), la diferencia de camino debe ser nλ, donde n = 0, 1, 2, 3, ... La condición se da por:

x_n = nλD/d

Aquí, x_n es la distancia desde el máximo central hasta la enésima franja brillante.

Para la interferencia destructiva (franjas oscuras), la diferencia de camino debe ser (n + 0.5)λ. Se describe como:

x_n = (n + 0.5)λD/d

Esta fórmula da la posición de las franjas oscuras.

Ejemplo visual de interferencia de ondas

Imagina dos ondas provenientes de las rendijas llamadas onda A y onda B:

Onda A: ~~~ ~~~ ~~~ Onda B: ~~~ ~~~ ~~~ Interferencia Constructiva: ~~~~~~ ~~~~~~ (Crestas alineadas con crestas, onda amplificada) Onda A: ~~~ ~~~ ~~~ Onda B: ~~~ ~~~ Interferencia Destructiva: --- --- --- (Crestas alineadas con valles, sin onda)

Importancia del experimento de Young

Antes del experimento de Young, había un debate significativo sobre si la luz viajaba como partículas u ondas. La teoría ondulatoria propuesta por Christiaan Huygens y otros sugirió que la luz se comportaba como una onda. Sin embargo, esta teoría carecía de evidencia experimental concluyente hasta el trabajo de Young. El experimento de la doble rendija demostró que la luz muestra patrones de interferencia similares a los vistos con el agua o las ondas de sonido, apoyando directamente el modelo ondulatorio de la luz.

Con el tiempo, el experimento de Young se convirtió en un trabajo fundamental que condujo a la perspectiva de la dualidad onda-partícula de la mecánica cuántica. Hoy en día se cree que la luz (y toda la materia) exhibe propiedades tanto de onda como de partícula, dependiendo de cómo se observe.

Conclusión

El experimento de la doble rendija de Young es más que un experimento histórico. Tiene implicaciones profundas para la física moderna, influyendo en teorías y estimulando la investigación científica sobre la naturaleza de la luz y otros aspectos fundamentales de nuestro universo. Al entender este experimento, los estudiantes pueden apreciar la belleza y complejidad de la física y los métodos utilizados por los científicos para descubrir los misterios de la naturaleza.


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