unidad 1. ondas electromagneticas y planas (3)

Física II Unidad 1. Ondas electromagnéticas y planas

Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Ingeniería en Telemática

Ingeniería en Telemática

Programa desarrollado de la asignatura: Física II

Unidad 1. Ondas electromagnéticas y planas

Clave

220920517 / 210920517

Universidad Abierta y a Distancia de México


1 Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Ingeniería en Telemática

II. Desarrollo de contenidos por unidad

Unidad 1. Ondas electromagnéticas y planas ........................................................................................ 2

Presentación de la unidad .................................................................................................................. 2

Propósitos .......................................................................................................................................... 4

Competencia específica ..................................................................................................................... 4

1.1. La naturaleza y propagación de la luz ......................................................................................... 4

1.1.1. La energía, ímpetu y rapidez de la luz .................................................................................. 5

1.1.2. Fuentes y observadores en movimiento ................................................................................ 6

1.1.3. Efecto Doppler ...................................................................................................................... 6

1.1.4. La fórmula de Planck de la radiación .................................................................................... 7

Actividad 1. Efecto Doppler ................................................................................................................ 9

1.2. Reflexión y Refracción de ondas ............................................................................................... 10

1.2.1. La reflexión y refracción de ondas ...................................................................................... 10

1.2.2. El principio de Huygens ...................................................................................................... 10

1.2.3. La reflexión interna total ...................................................................................................... 16

1.2.4. El principio de Fermat ............................................................................................................. 16

1.3. Interferencia .............................................................................................................................. 18

1.3.1. El experimento de Young .................................................................................................... 19

Actividad 2. Reflexión, Refracción, Interferencia y difracción ............................................................ 21

1.3.2. Coherencia ......................................................................................................................... 21

1.3.3. La suma de perturbaciones ondulatorias ............................................................................ 23

1.3.4. La reversibilidad óptica y los cambios de fase .................................................................... 24

Autoevaluación ................................................................................................................................. 25

Evidencia de aprendizaje. Reflexión y Refracción de la luz .............................................................. 25

Autorreflexión ................................................................................................................................... 25

Cierre de la Unidad .......................................................................................................................... 25

Para saber más ................................................................................................................................ 26

Fuentes de consulta ......................................................................................................................... 27



Unidad 1. Ondas electromagnéticas y planas

Presentación de la unidad

Uno de los principales fenómenos físicos necesarios para comprender la comunicación electrónica es

la propagación de las ondas electromagnéticas. Éstas son invisibles al ojo humano y para entenderlas

se deben usar analogías de señales que se puedan percibir a simple vista. Por esta razón, el estudio

de la luz es la parte medular de esta primera unidad.

Así, al reconocer fenómenos físicos como la refracción, reflexión, difracción e interferencia tendrás

bases para comprender cómo interactúan las ondas electromagnéticas en el medio ambiente y cómo

cambian su comportamiento para lograr su manipulación.

Cabe aclarar que durante el transcurso de esta unidad, en algunas ocasiones, se sugiere el uso de los

códigos QR. Por tal motivo se ha incluido el siguiente apartado extra a la sección llamada Para saber

más que se encuentra casi al final de la unidad, con la intensión que puedas sacar más ventaja de su

implementación.



Un código QR es un sistema para almacenar información en un código de barras

bidimensional, mediante el uso la cámara de un dispositivo móvil inteligente (celulares,

tabletas, entre otros), así como de un software que permita su interpretación.

El software ya mencionado puede estar precargado en tu dispositivo o también lo

podrás descargar de acuerdo a la marca y sistema operativo de éste.

Dicho código se caracteriza por los tres cuadrados que se encuentran en las esquinas y

que permiten detectar la posición del código al lector. La sigla "QR" se deriva de la

frase Quick Response. Ya que al principio se aspiraba a que este tipo de códigos

permitiera que su contenido se leyera a alta velocidad.

A continuación se sugiere un enlace para que puedas en caso de que no cuentes con él

puedas descargar el software que te permitirá escanear los códigos QR:

Varias marcas:

Utilidades del código ubicuo. Spime Project (s.f.). http://spimeproject.com/utilidades-

codigo-ubicuo/

Para que conozcas más sobre cómo utilizar dichos códigos se aconseja buscar en la

red, desde el navegador y motor de búsqueda de tu preferencia, algún tutorial que

consideres adecuado para orientarte sobre su uso.

Nota aclaratoria: La información incluida en los códigos QR, está contenida en los

desarrollos de las unidades, en esta ocasión refiere a mapas conceptuales y no se

incluye información extra, por lo que la implementación de éstos, constituye una

herramienta de apoyo para el estudio de los contenidos de la asignatura, y

proporcionan una alternativa de acceso a la información; sin embargo no son requisito

indispensable para el estudio de esta asignatura ni de la carrera.

Para saber más sobre los códigos QR



Propósitos

Al término de esta unidad lograrás:

Distinguir la relación existente entre las fuentes y los

observadores del efecto Doppler.

Demostrar con base a las leyes de Huygens las

propiedades de reflexión y refracción de la luz.

Explicar los fenómenos de interferencia y difracción de la

luz en un espacio con respecto a la materia.

Competencia específica

Distinguir los principios de reflexión, refracción, interferencia y

difracción para describir el envío de datos a través de las ondas

de propagación, mediante la adquisición y aplicación de los

conceptos elementales de la luz y su naturaleza fundados en la

observación de diferentes fenómenos físicos.

1.1. La naturaleza y propagación de la luz

La propagación de la luz, es un movimiento ondulatorio, la velocidad de ésta es

tan alta que desde los tiempos de Galileo se ha intentado medir, pero fue hasta

1675 que se obtuvo el primer resultado exitoso por el astrónomo danés Ole

Roemer (Serway, 2009).

Por otro lado, también se ha considerado a la luz como una

corriente de partículas emitidas por una fuente luminosa que

estimulan el sentido de la visión al entrar al ojo humano, y esta teoría fue conocida

como “Teoría corpuscular de la luz”, propuesta por Isaac Newton (Resnick, 2007).



En 1678, Christian Huygens demostró que la teoría ondulatoria de la luz es una de

las formas alternativas de explicar las leyes de la reflexión y refracción de la luz, es

alrededor de la teoría ondulatoria en la que se centrará el enfoque de esta materia.

1.1.1. La energía, ímpetu y rapidez de la luz

La propagación de la energía se transporta por ondas, no tiene materia y se clasifican en mecánicas y

electromagnéticas.

Usaremos las ondas mecánicas como ejemplo por ser fácilmente visibles a nuestros sentidos y estos

mismos principios son aplicables a las ondas electromagnéticas.

Pulso de onda transversal en un muelle

Una onda mecánica se origina mediante la perturbación de un

medio. Cuando la perturbación es perpendicular a la dirección

de la propagación se denomina onda transversal. En la

imagen podemos ver una onda transversal que viaja hacia la

derecha sobre un muelle, pudiéndose notar que la perturbación

va en dirección del de movimiento de la onda.

Una onda en la que la perturbación es paralela a la dirección

de la propagación se denomina onda longitudinal. En la

imagen podemos observar el pulso de una onda longitudinal

en un muelle. La perturbación se desplaza en la dirección del

movimiento de la onda.

Pulso de onda longitudinal en un muelle



Vector Poyting

Ejemplo de vector Poyting en un cable coaxial.

Autor Michael Lenz, .bajo licencia de Creative Commons

Attribution/Share-Alike License

La energía como fenómeno físico, se propagan en

las ondas a través del espacio y se transfiere a los

objetos situados en su trayecto. La tasa de flujo de

energía en una onda se describe por medio del

vector de Poynting S., que mide la cantidad de

energía que fluye a través de una superficie y su

dirección es a lo largo de la dirección de la onda.

Por otro lado, la velocidad a la que se mueve la onda y en particular la onda electromagnética, es de

un peculiar interés ya que coincide con el valor de la rapidez de la luz, es decir, aproximadamente de

300,000 km/s, este dato fue muy importante ya que era inesperado que la velocidad de dicha onda

coincidiera con la velocidad de la luz.

1.1.2. Fuentes y observadores en movimiento

Estudiar la propagación de las ondas requiere de un dispositivo que las genere, a esto se le denomina

fuente y quien observa el movimiento de las ondas se le denomina observador. Para el caso de

ondas sonoras a cualquier instrumento musical, equipo que genere sonidos, autos, etc., se le

denomina fuente. Una fuente es un dispositivo que genera señales, entre ellas las ondas. Un

observador es aquello que observa el comportamiento de las señales producidas por una fuente. El

estudio de éstas será el objetivo del siguiente subtema.

1.1.3. Efecto Doppler

En 1842Christian Andreas Doppler, estudió las

fuentes de sonido en movimiento relativo y observó

un cambio de frecuencia de una onda, producido por

el movimiento relativo de la fuente respecto a su

observador (Serway, 2009).

Por ejemplo: Si uno está cerca de la vía del ferrocarril

y escucha venir el tren, se advierte que el tono del silbato del tren es

más alto que el normal, que cuando el tren está en reposo, a medida

que el tren se aleja, se observa que el sonido del silbato se escucha en

un tono más bajo que el normal, a esto se le llama efecto Doopler.



Doppler encontró lo siguiente:

Donde: VO = velocidad del observador V =velocidad del sonido de la fuente f = frecuencia del sonido emitido por la fuente =frecuencia aparente vs= velocidad de la fuente

Los signos y deben ser aplicado de la siguiente manera:

a) Si el numerador es una suma, el denominador debe ser una resta y viceversa.

b) Si la fuente de sonido se aleja del observador, el denominador es una suma, pero si se acerca

es una resta.

c) Si el observador se aleja de la fuente, el numerador es una resta, pero si se acerca, es una

suma.

Para ejemplificar se presenta el siguiente problema: Un observador se mueve a una velocidad de 42 m/s hacia un trompetista en reposo. El trompetista está tocando la nota La A (440 Hz). ¿Qué frecuencia percibirá el observador, sabiendo que la velocidad del sonido = 340 m/s? Solución: Si el observador se acerca hacia la fuente, implica que la velocidad con que percibirá el sonido de la trompeta será mayor, por lo tanto, la frecuencia aparente será mayor a la real (en reposo). Para que esto ocurra debemos aplicar el signo (+) en la ecuación del efecto Doppler.

)

(

)

En este caso particular, el trompetista emite la nota La A, a 440 Hz; sin embargo, el observador percibe una nota a una frecuencia de 494.353 Hz, que es la frecuencia perteneciente a la nota Si B.

1.1.4. La fórmula de Planck de la radiación

Otra forma de producir ondas es la siguiente: Un objeto a cualquier temperatura emite ondas, la cual

se denomina radiación térmica. Las características de esta radiación dependen de la temperatura y de

las propiedades del objeto. Por ejemplo, a bajas temperaturas, las longitudes de onda de la radiación

térmica básicamente están en la región infrarroja las cuales no son detectadas por el ojo humano.



A medida que se aumenta la temperatura la radiación térmica se corre hacia la parte visible del

espectro de las ondas.

Desde el punto de vista de la teoría clásica, la radiación térmica se origina de cargas aceleradas cerca

de la superficie del objeto; dichas cargas emiten radiación, como muchas antenas lo hacen.

A finales del siglo XIX fue claro que la teoría clásica de la

radiación térmica era inadecuada ya que no pudo explicar

la distribución observada de longitudes de onda en la

radiación emitida por un cuerpo negro (Serway, 2009).

Un cuerpo negro es un sistema ideal que absorbe toda la

radiación térmica que incide sobre él, como se muestra en

la imagen, donde se observa claramente que toda la

radiación térmica queda atrapada por el cuerpo negro.

Fue hasta 1900 que Max Planck descubrió la fórmula para la radiación de un cuerpo negro a través de

una serie de experimentos realizados por él. Su teoría hizo dos contradicciones a la teoría clásica de la

radiación térmica:

1. Las moléculas solo pueden tener unidades discretas de energía y,

2. Las moléculas emiten o absorben energía en paquetes discretos llamados fotones (Resnick,

2007).

Planck encontró la siguiente fórmula para la radiación de cuerpo negro:

Donde = Intensidad de la radiación

λ = Longitud de onda

h=Constante de Planck

c=Velocidad de la luz

T=Temperatura del cuerpo que genera la radiación

KB =Constante de Bolztmann

A partir de la fórmula de Planck se puede derivar la ley de Stefan:

Donde I= intensidad de radiación



T= temperatura del objeto que emite la radiación

σ= constante de Stefan

y la ley del desplazamiento de Wien:

Donde = longitud de onda máxima

T= temperatura del cuerpo que emite la radiación.

Dichas ecuaciones ya eran bien conocidas antes del trabajo de éste. Con esto Planck confirmaba la

veracidad de su teoría.

Para ejemplificar el uso de estas ecuaciones se muestra el siguiente problema:

1.- Encuentre la longitud de onda pico de la radiación emitida por el cuerpo humano cuando la

temperatura de la piel es de 35oC.

Se debe recordar que la temperatura se expresa en grados kelvin, así 33oC=306o K,

=

Por otro lado debe observarse que si se conoce la longitud de onda emitida por un cuerpo luminoso,

entonces se puede conocer la temperatura a la que se encuentra dicho objeto, de esta forma, los

astrónomos pueden conocer la temperatura del sol y demás estrellas del universo.

Con esto Planck abrió la puerta al mundo de la Física Cuántica.

Actividad 1. Efecto Doppler

¡Bienvenido a la primera actividad de la asignatura de Física II! De acuerdo a lo que has estudiado hasta el momento, ingresa en el foro denominado: Efecto Doppler y sigue las indicaciones que te dará tu Facilitador(a).



1.2. Reflexión y Refracción de ondas

Las ondas electromagnéticas y planas se comportan de diferente manera según el medio por el cual

transitan, el comprender este comportamiento es de vital importancia para entender los fundamentos

del desplazamiento de las ondas electromagnéticas entre los dispositivos de telecomunicación.

Entre sus diferentes comportamientos, los más conocidos tal vez por ser los más visibles, son la

reflexión y la refracción. Este comportamiento se presenta cuando al desplazarse la onda pasa de un

medio de transmisión a otro, y al llegar al punto de separación entre dos medios es cuando se produce

el fenómeno.

Estos fenómenos son claramente visibles como cuando vemos una luz en una pared o las ondas en la

superficie del agua.

Para conocerlas más a fondo se estudiarán algunos principios como los de Huygens y Fermat.

1.2.1. La reflexión y refracción de ondas

Ley de la Reflexión de ondas

“La reflexión de una onda sucede cuando al estar viajando esta por un medio se encuentra con otro y

este último medio hace que retroceda la onda regresando por el medio del cual provenía” (Tipler,

2010).

Ley de la Refracción de ondas

“La refracción sucede cuando una onda viaja por un medio y se encuentra repentinamente con otro

medio y lo atraviesa” (Tipler, 2010).

Generalmente estas dos características suceden simultáneamente, es decir, que un frente de ondas al

pasar de un medio a otro, parte de él es reflejado hacia el medio por el cual viajaba inicialmente y

refractado hacia el segundo medio.

Para diferenciarlas se le llamará onda incidente a la que llega primero, y a las subsecuentes onda

reflejada y onda refractada.

1.2.2. El principio de Huygens

El principio de Huygens nos dice que:

“Cada punto de un frente de onda primario sirve como foco de pequeñas

ondas esféricas secundarias que avanzan con una velocidad y frecuencia



igual a la de la onda primaria. El frente de onda primario al cabo de un cierto

tiempo es la envolvente de estas ondas elementales.” (Tipler, 2010)

Frente de onda

En la figura se puede ver un frente de ondas

representado por la línea A-A1 y esta se va

desplazando cada cierto tiempo (Δt) a una

velocidad constante (v) de tal manera que va

formando los frentes de onda B2-B1 y C2-C1.

Lo que dice esta ley es que se puede

descomponer una onda mayor en muchas

pequeñas, con una misma velocidad y

frecuencia. Entonces poder estudiar una de estas

pequeñas ondas puntuales y su comportamiento

será igual en todas las demás ondas. Este

principio ayuda a deducir las leyes de la

Refracción y la Reflexión.

El principio de Huygens y la ley de reflexión

En la reflexión al llegar la onda incidente a otro medio, este lo rechaza con el mismo ángulo de llegada

pero en el plano contrario a este.

Para poder tener una idea mejor de esto se

puede ver la figura, tomando la ley de Huygens

se podrá descomponer el frente de onda en una

sola y estudiarla. La onda incidente este

representada por la línea roja y la reflejada por la

línea azul.

Reflexión de una onda incidente 1

El dibujo se obtiene trazando desde el punto B la perpendicular, al frente de onda reflejado y se

obtendrá el punto1y la distancia entre los puntos B y 1 será igual a v.v2.t.

Del mismo modo, trazando desde C la perpendicular al frente de onda incidente se obtendrá el punto

2 y la distancia entre C y 2 será también v.v2.t; es decir, ambas distancias B1y C1son iguales.



Si se traza la normal al plano reflejante en B y C se definen los ángulos r (de reflexión) e i (de

incidencia), que de acuerdo a conocimientos geométricos también se encuentra como ángulo formado

entre el plano reflejante y el frente de onda incidente o reflejado, según se considere.

Aplicando la definición de seno de un ángulo en el triángulo B1C se tendrá que y

aplicándola en el triángulo B2C se obtiene que .

Los segmentos B1y C2 como ya se vio, son iguales y el denominador BC es el mismo en ambas

expresiones, por lo tanto, o sea que el ángulo de incidencia y el ángulo de

reflexión son iguales.

Con la idea de dar claridad al tema se presenta el siguiente Mapa conceptual:



Este código es uno de los denominados códigos QR, que una vez

escaneado con tu dispositivo inteligente, podrás encontrar en su

interior el vínculo para descargar la imagen.

El principio de Huygens y la ley de refracción

En el concepto de refracción se encontrará que el frente de ondas en lugar de reflejarse pasa de un

medio a otro. Al suceder esto la velocidad cambia ya que el frente de ondas se moverá de acuerdo a

las características del medio al cual acaba de incorporarse. Huygens concluye que la velocidad de la

onda en el medio en el cual entraba la onda debe ser menor a la que acaba de pasar. Para explicarlo

como siempre se valdrá de un dibujo.

En esta figura se observa que la

distancia recorrida en el medio 1

está dada por el segmento AB y lo

recorrido en el medio 2 viene dado

por el segmento CD.

Para obtener el nuevo frente de onda en el medio 2 se realizan los siguientes trazados:

1. Haciendo centro en C se traza un arco de radiov2.t

2. Luego desde B se dibuja la tangente desde B a dicho arco de circunferencia, obteniendo el

punto D como el punto de tangencia.

Esta tangente es la nueva orientación que toma el frente de onda al ingresar al medio 2. En la figura

anterior se observa que se forman dos triángulos rectángulo CAB y CBD.



El ángulo de incidencia se obtiene entre la normal NB y el segmento AB dirección del frente de onda

incidente (rayo incidente) y por consideraciones geométricas es igual al ángulo señalado en B.

El ángulo de refracción se obtiene entre la normal NC y el segmento dirección del frente de onda

refractado (rayo refractado) y por consideraciones geométricas es igual al ángulo señalado en .

Aplicando la definición de seno que se tiene para los ángulos iyt que:

y donde

y

y

Ley de Snell

El cociente

es un valor constante y depende exclusivamente de los medios que atraviesa el frente

de onda y se le denomina índice de refracción relativo de un medio a otro (Tipler, 2010).

Tomando como base la velocidad de luz y experimentando con diferentes medios se ha encontrado

el índice de refracción para ciertos medios en particular. Aplicando la ley de Snell de la siguiente

forma.

Supongamos que

como

y

Obtenemos

⁄

⁄

en donde el valor n1-2 será el índice de refracción relativo del

segundo medio, respecto al primero.

Índices de Refracción

(Para I = 589 mm)

Agua 1,33

Alcohol etílico 1,36

Cuarzo 1,54

Vidrio 1,46 - 1,96

Fluorita 1,43

Etanol 1,36

Sulfuro de Carbono 1,63

Poliestileno 1,59



Diamante 2,42

Acetona 1,36

Para aclarar un poco más sobre la refracción se presenta el siguiente mapa conceptual:

Escanea y obtén el vínculo para descargar la imagen.



1.2.3. La reflexión interna total

Esta característica es un caso especial de la refracción y sucede cuando el ángulo refractado es de 90

grados, haciendo que la onda no pase de un medio a otro sino que corra por toda línea divisoria de los

dos medios. Este fenómeno se ve reflejado mediante el siguiente dibujo y la siguiente fórmula:

Si tenemos

Y si

por lo tanto

1.2.4. El principio de Fermat

El principio de Fermat atribuido al jurista y matemático Pierre de Fermat dice que:

“La trayectoria seguida por la luz para pasar de un punto a otro es

aquella para la cual el tiempo recorrido es mínimo” (Tipler, 2010).

Este principio es muy importante ya que Huygens y otros trabajaron a las ondas

electromagnéticas generalmente mecánicas y fue Fermat quien realizó la

conexión de la luz con la reflexión y la refracción.

Problema de ejemplo de reflexión y refracción

Realizaremos un ejemplo como muestra de la aplicación de los principio de Huygens de la reflexión y

refracción de las ondas.



Una señal de luz viaja por el espacio libre y choca con un cubo de agua en un ángulo de 60 grados

con respecto a la normal.

Una parte de la señal es reflejada y otra refractada. Realizar una grafica en la cual se muestre cada

una de las señales, colocando el nombre de cada una de ellas, así como los ángulos de reflexión y

refracción con respecto a la normal.

El índice de refracción del espacio libre es 1 y el del agua es 1.33

Solución

La ley de Huygens nos dice que la señal reflejada es rechazada por el medio con un ángulo con

respecto a la normal igual al ángulo incidente por lo que podemos deducir que

Ángulo de reflexión = 60 grados

Por la ley de Snell sabemos que

En done el subíndice 1 representa a la señal incidente y el subíndice 2 a la reflejada y despejando

para

(

)

y sustituyendo

(

)

Y la gráfica queda



1.3. Interferencia

En el tema anterior se examinó qué ocurre cuando la luz pasa por cierto tipo de materiales. El

siguiente tema abarca la óptica ondulatoria. La interferencia de ondas es un fenómeno en el que dos o

más ondas, se superponen para dar una onda resultante de mayor o menor amplitud.

Para observar interferencia se deben cumplir las siguientes condiciones: (Serway, 2007).

a) Las fuentes deben ser coherentes, es decir, que deben tener una fase constante entre sí.

b) Las fuentes deben ser monocromáticas, es decir, de una sola longitud de onda.

c) Debe aplicarse el principio de superposición.



1.3.1. El experimento de Young

La interferencia de ondas luminosas de dos fuentes fue estudiada por primera vez por Thomas Young

en 1801 (Tippens, 2011).

En la siguiente figura se muestra un diagrama esquemático del aparato que utilizó Young para su

experimento:

En la figura se muestra como un haz de luz incide sobre una pantalla S1, en la cual hay un estrecha

rendija a. Las ondas que salen de esta rendija llegan a una segunda pantalla S2 que contiene 2

rendijas b y c, de las cuales salen ondas de luz que inciden sobre una pantalla F produciendo un

patrón de bandas paralelas brillantes y oscuras denominadas franjas.

Con este experimento Young demostró que la luz se comportaba como una onda y que poseía

muchas de las características de ésta, más adelante, esto servirá para poder manejar la luz como

transportador de información, igual que una onda electromagnética, dando paso esto al diseño de fibra

óptica y el envío de información digital mediante la luz.

En la siguiente figura se puede describir de manera cuantitativa el fenómeno de la interferencia a

través del experimento de Young. La pantalla se localiza a una distancia L de las dos rendijas S1 y S2,

las cuales están separadas por una distancia d. Para que una onda desde la rendija S2 alcance un

punto arbitrario P viaja a una distancia mayor, , que una onda desde la rendija S1, a esta

distancia se le llama diferencia de trayectoria, δ.



El valor de determina si las ondas llegan o no en fase a la pantalla, por ejemplo, si es cero o

múltiplo entero de la longitud de onda, λ, la onda llega en fase a P y se produce interferencia

constructiva, a esto se le llama condición para las franjas brillantes.

El número recibe el nombre de número de orden, por ejemplo, la franja brillante con se

denomina máximo de orden cero y se denomina máximo de primer orden y así

sucesivamente.

Si es múltiplo impar

, las ondas que llegan al punto P están 180o fuera de fase, a esto se llama

condición para las franjas oscuras o interferencia destructiva.

(

)

Después de algunas aproximaciones y de hacer uso de la geometría de la figura, se encuentra que

para las franjas brillantes:

Y para las franjas oscuras:

)



Donde:

Longitud de onda

Distancia entre las rendijas

Distancia de las rendijas a la pantalla

Distancia de 0 a p en la figura

Así, el experimento de Young muestra un método útil para medir la longitud de onda de la luz. Para

ejemplificar se muestra el siguiente problema:

1.- Una pantalla de observación está una distancia de 2 m de una fuente de doble rendija. La distancia

entre las dos rendijas es de 0.040 mm. La franja brillante es de segundo orden y está a una distancia

de 5 cm de la línea central. Determine la longitud de onda de la luz.

Actividad 2. Reflexión, Refracción, Interferencia y difracción

La siguiente actividad servirá para aplicar los conceptos aprendidos sobre el comportamiento de las

ondas al transitar por un medio, debido a los fenómenos de reflexión, refracción, interferencia y

difracción.

A partir del planteamiento que te haga tu Facilitador(a), realiza lo que se pide:

1. Lee con atención.

2. Responde de forma pertinente a los planteamientos propuestos.

1.3.2. Coherencia

La coherencia de ondas se refiere a cuando dos o más ondas están en fase, tanto en las variables

espaciales como en el tiempo. La fase es una medida de la diferencia de tiempo entre dos ondas, cabe

mencionar que aunque la fase es una medida estrictamente del tiempo siempre se expresa en

términos del ángulo, es decir, en grados o radianes. La diferencia de fase en una onda se le conoce

como desplazamiento de fase o desfase, esta se mide en un mismo instante de tiempo, pero no

siempre en el mismo espacio, a continuación se muestra un ejemplo de ondas en fase y en desfase.



Si se toma la onda negra como referencia, la onda azul está en fase y la onda roja está en oposición de fase

Autor: Marb. Imagen de tipo Math. Bajo Licencia de CreativeCommons

El concepto de coherencia es muy importante para entender el fenómeno de la interferencia de ondas,

tal y como se menciona a continuación:

La interferencia de las ondas luminosas puede ser constructiva o destructiva. Para observar

interferencia sostenida en ondas luminosas (Serway, 2007), deben cumplirse las siguientes

condiciones:

a) Las fuentes deben ser coherentes, es decir, deben mantener una fase constante entre sí.

b) Las fuentes deben ser monocromáticas, es decir, de una sola longitud de onda.

c) Debe aplicarse el principio de superposición de ondas.

El uso del principio de superposición de ondas es fundamental para poder construir la teoría de la

interferencia, ya que en la interferencia de ondas suman sus amplitudes o se cancelan y eso es

precisamente lo que menciona el principio de superposición.



1.3.3. La suma de perturbaciones ondulatorias

Un importante hecho en el estudio de la propagación de las ondas es el efecto combinado de dos o

más viajando en el mismo medio. Cuando dos ondas o más se mueven en el mismo medio y estas se

interfieren, entonces la onda resultante en cualquier punto es la suma algebraica de los

desplazamientos causados por todas las ondas, a esto se lo conoce como principio de superposición.

Este da como resultado lo siguiente:

a) Cuando la amplitud de la onda resultante es mayor que la de cada una de las ondas

individuales se dice que las ondas interfirieron constructivamente.

b) Cuando la amplitud de la onda resultante es cero se dice que las ondas interfirieron

destructivamente.

En las siguientes imágenes se muestran ejemplos de superposición de ondas:



1.3.4. La reversibilidad óptica y los cambios de fase

El fenómeno de la interferencia no solo es producido por el experimento de la doble rejilla de Young.

Otro método ingenioso para producir un patrón de interferencia con una sola fuente luminosa se

conoce como el espejo de Lloyd’s. Este consiste de lo siguiente: Una fuente luminosa se coloca cerca

de un espejo y de una pantalla de observación y a un ángulo recto en relación con el espejo. Las

ondas pueden alcanzar la pantalla ya sea de forma directa o por la reflexión de las mismas. El haz de

luz reflejado puedo tratarse como una imagen virtual de la rejilla, tal y como se muestra en la siguiente

figura.

Por lo tanto, en puntos alejados de la fuente esperaríamos un patrón de interferencia. Sin embargo, las

posiciones de las franjas se invierten en relación a la fuente luminosa. Esto se debe a que la fuente

luminosa y la imagen virtual de la rejilla difieren en fase de 180o, esto es un cambio de fase producido

por la reflexión de la luz.

A continuación se muestran ejemplos de la interferencia a través de los espejos de Lloyd’s:

http://www.google.com.mx/imgres?q=interferencia+por+espejos+de+Lloyd%E2%80%99s&hl=es&sa=X&biw=1366&bih=571&tbm=isch&prmd=imvnsb&tbnid=4PiQEwH1ifT56M:&imgrefurl=http://www.ua.es/personal/ferri/todo/MIOPE/TETS/opfisica/multiples/multiples.htm&docid=ZzqlrH2UtPEK8M&imgurl=http://www.ua.es/personal/ferri/todo/MIOPE/TETS/opfisica/multiples/Imagen2.png&w=212&h=207&ei=y-WNT5S5IqOO2wWY6bXwCw&zoom=1&iact=hc&vpx=789&vpy=288&dur=2796&hovh=165&hovw=169&tx=119&ty=109&sig=104290750544446374037&page=2&tbnh=122&tbnw=125&start=10&ndsp=28&ved=1t:429,r:18,s:10,i:130






Autoevaluación

A lo largo de la unidad se han expuesto los principios básicos de la reflexión, refracción, difracción e

interferencia, se considera que ya cuentas con los elementos para interpretarlos y así asegurar el

conocimiento adquirido, para esto:

1. Ingresa en el aula y selecciona la autoevaluación de la Unidad 1.

2. Lee cuidadosamente las instrucciones para que formules tus respuestas.

3. Verifica tus respuestas y en los casos necesarios repasa los temas que necesites fortalecer.

El asimilar estos temas te permitirán entender los que se expone en la siguiente unidad además de

brindarte elementos que complementan tu formación profesional.

Evidencia de aprendizaje. Reflexión y Refracción de la luz

Una vez que se ha abordado el contenido de la unidad donde has revisado y estudiado la parte

teórica de la misma, se busca la manera de poner en práctica lo aprendido a través de la resolución

de un caso simulado dando respuesta a las preguntas en función de tus nuevos conocimientos

1. Lee con atención el caso propuesto que tu Facilitador(a) te hará llegar y, en función con lo

aprendido hasta ahora, responde a las preguntas adjuntas en un documento independiente.

2. Envía tu documento con el FIS2_U1_EA_XXYZ, espera la retroalimentación de tu

Facilitador(a) y atiende sus observaciones para mandar una nueva versión del documento.

Autorreflexión

Al terminar la Evidencia de aprendizaje es muy importante hacer tu Autorreflexión. Para ello,

Ingresa al foro de Preguntas de Autorreflexión y a partir de las preguntas presentadas por tu

Facilitador(a), realiza tu ejercicio y súbelo en la sección Autorreflexiones.

Cierre de la Unidad

En esta unidad has podido diferenciar los principios básicos de la propagación de ondas y cómo el

medio ambiente interactúa con ellas modificando su comportamiento.

Mediante el estudio del efecto Doppler, haz entendido cómo las ondas se ven afectadas debido al

desplazamiento de un emisor y un receptor de ondas.



Las Leyes de Huygens y el principio de Fermat mostraron cómo las ondas cambian su velocidad y su

posición, dependiendo del medio por el que viajan.

Finalmente, con los experimentos de Young y los fenómenos de interferencia pudiste predecir el

comportamiento de dos ondas cuando se encuentran en el espacio, ya sea eliminándose o sumándose

para formar una nueva onda.

Todos estos fenómenos los has entendido mediante el estudio de la luz, las ondas de sonido y algunas

otras que son muy evidentes para los sentidos humanos, ya que las ondas electromagnéticas no son

percibidas fácilmente.

Esto te servirá como fundamento para comprender la radiación y propagación de ondas

electromagnéticas, cuyos temas se verán en las siguientes unidades del curso.

Para saber más

En esta sección colocamos algunos sitios que puedes consultar para reforzar o profundizar aún más

en los temas revisados en esta unidad.

Física fácil. Esta web esta dedica varios fenómenos físicos y podemos encontrar información en la

parte de ondas. En esta sección nos muestra ejemplos, casos y problemas referentes a la

refracción y la reflexión. La puedes consultar en el siguiente vínculo: http://www.fisica-

facil.com/Indicetematico/marcos.htm

Reflexión y Refracción de ondas. La siguiente página ofrece un simulador que muestra el

comportamiento de las ondas mediante la aplicación del principio de Huygens, podemos variar los

índices de refracción para simular diferentes medios y el ángulo de incidencia. Consultar en:

Reflexión y Refracción de ondas (Explicación mediante el principio de Huygens). Applets de java

para Física. http://www.walter-fendt.de/ph14s/huygenspr_s.htm

Física hoy. Página de física de fácil consulta creada por la UNAM, donde se encuentran diferentes

documentos sobre ondas electromagnéticas y otros temas de física únicamente colocando la

palabra deseada en su buscador: Física Hoy. Facultad de Ciencias UNAM:

http://www.fisicahoy.com/

Códigos QR. Aunado a la información introductoria que se mencionó al principio de la unidad,

estos códigos pueden representar varias ventajas y desventajas, así como usos prácticos para la

educación. La idea es que te puedas familiarizar con su uso y práctica, desde la Telemática,

además de poderlo vincular con tu proceso de aprendizaje. Podrás encontrar más información que

está surgiendo al respecto. Con la intensión de darte una idea, se ofrecen los siguientes vínculos:



Boyonet, R. L. E. (2010). Aprendizaje móvil aplicado a la educación.Slideshare:

http://www.slideshare.net/ebayonet/aprendizaje-movil-aplicado-en-la-educacion-qr-

code?from=ss_embed

Libedinsky, M., Pérez, P. Webinar (2012). La integración de los códigos QR en las actividades y

proyectos colaborativos. Aprendizaje Ubicuo. Consultado en:

http://www.webinar.org.ar/conferencias/integracion-codigos-qr-actividades-proyectos-colaborativos

Fuentes de consulta

Básicas

Resnick, R. (2007). Física Vol.2.Quinta edición. México: CECSA.

Serway, R. A. (2009). Física: Electricidad y Magnetismo. Séptima edición. México: Cengage

Learning.

Tipler, Paul A.(2010). Física para la Ciencia y la Tecnología: Electricidad y Magnetismo / Luz.

Vol. 2. España: Reverte.

Tippens, P. E. (2011). Física: Conceptos y Aplicaciones. México: McGraw-Hill Educación.

Tomasi, W. (2011). Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. México: Prentice Hall.

Complementarias

Boyonet, R. L. E.(2010). Aprendizaje móvil aplicado a la educación.Slideshare:

http://www.slideshare.net/ebayonet/aprendizaje-movil-aplicado-en-la-educacion-qr-

code?from=ss_embed

Ejemplo del efecto Doppler. Applets de java para Física. Consultado en: http://www.walter-

fendt.de/ph14s/dopplereff_s.htm

Experimento de la doble rendija. Slideshare. Consultado en: http://www.slideshare.net/guestdf76409/experimento-doble-rendija

Libedinsky, M., Pérez, P. Webinar (2012). La integración de los códigos QR en las actividades y

proyectos colaborativos. Aprendizaje Ubicuo. Consultado en:

http://www.webinar.org.ar/conferencias/integracion-codigos-qr-actividades-proyectos-

colaborativos

Neri Vela, Rodolfo. (1999). Líneas de transmisión. México: McGraw-Hill.

Neri Vela, Rodolfo. (2007). Comunicación por Satélite. México: Thomson.

Nikolski, V.V. (1976). Electrodinámica y Propagación de Ondas de Radio. Moscú: Mir.

Reflexión y Refracción de ondas (Explicación mediante el principio de Huygens). Applets de

java para Física. http://www.walter-fendt.de/ph14s/huygenspr_s.htm

Utilidades del código ubicuo. Spime Project (s.f.). http://spimeproject.com/utilidades-codigo-

ubicuo/

unidad 1. ondas electromagneticas y planas (3)

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