Difracción de ondas: concepto y ejemplos
La difracción de ondas es la desviación de la dirección en que las ondas se propagan cuando se encuentran con algún obstáculo, que puede ser un objeto sólido o una brecha. Al incidir sobre el obstáculo, la onda se distorsiona y lo rodea. Pero para que el efecto se aprecie bien, es necesario que el tamaño del obstáculo sea comparable al de la longitud de onda.
El fenómeno de la difracción de ondas se explica de acuerdo al principio de Huygens, descubierto por el físico holandés Christian Huygens en 1678. En él se afirma que cuando la perturbación llega a un medio, cada punto del mismo se comporta como un emisor de nuevas ondas, de igual velocidad y frecuencia que las originales.
De esta manera, continuamente se produce un nuevo frente de onda, que se puede visualizar trazando la envolvente de cada onda secundaria emitida.
Naturalmente que este frente de onda tiene infinitos puntos, pero justamente en el lugar del obstáculo existe un frente de onda único que actúa como emisor, el cual hace posible que la onda sortee el obstáculo, se doble y se propague hacia el otro lado.
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La difracción es un fenómeno característico de todas las ondas, incluyendo ondas luminosas y acústicas. Si se dispara un chorro de partículas hacia una pantalla provista de aberturas, el chorro no se comporta de la misma manera que lo haría una onda como la luz, por ejemplo, ya que el flujo de partículas no se deformaría para doblarse por el obstáculo o la abertura interpuesta, sino que proseguiría en línea recta.
El primero en experimentar y documentar el fenómeno de la difracción de la luz fue el científico y sacerdote italiano Francesco María Grimaldi (1618-1663), y también quien le dio su nombre.
Al igual que lo hizo Grimaldi, se puede comprobar que haciendo pasar la luz del Sol en el interior de un cuarto oscuro y proyectándola sobre la pared a través de una cartulina provista de un pequeño agujero o ranura, la mancha luminosa es de mayor tamaño a lo esperado.
También se puede observar que los bordes no son nítidos y aunque no es tan simple de observar, las orillas en la sombra tienen un patrón de franjas difuso. Pero si se emplea luz monocromática, como la que proviene de un láser, hay un patrón de franjas más marcado.
La difracción de la luz no es tan evidente como la del sonido o la de las olas del mar, porque para que se produzca es preciso que el obstáculo o la abertura tengan una longitud comparable a la de la longitud de onda. La luz visible tiene longitudes de onda de entre 400-700 nanómetros (1 nanómetro = 10-9 metros).
Por eso, mientras más estrecha sea la rendija por la que se hace pasar la luz que se proyecta sobre la pared o pantalla, es más evidente que no hay un cambio abrupto entre la zona iluminada y la de oscuridad.
La difracción de la luz es una limitación para el microscopio óptico. Cuando un objeto es más pequeño que la longitud de onda de la luz no hay forma de verlo, porque la difracción difumina completamente la imagen del objeto.
Por eso los científicos usan electrones para iluminar las estructuras muy pequeñas, ya que la longitud de onda de un haz de electrones es menor que la de la luz. Sucede que los electrones tienen una naturaleza dual y son capaces de comportarse como ondas.
La difracción de las olas marinas se aprecia claramente alrededor de las rocas y las pequeñas islas, sobre todo cuando la distancia entre estas rocas es muy semejante a la longitud de onda que tienen las olas.
La difracción no ocurre solamente con la luz visible, sino también con el resto del espectro electromagnético. Al interponer una estructura cristalina ante un haz de rayos X, la difracción que experimentan produce un patrón que depende de dicha estructura.
Esta difracción se debe a la interacción entre los rayos X y los electrones exteriores de los átomos del cristal.
Muchos animales se comunican entre sí emitiendo sonidos que, por su baja frecuencia, son inaudibles para los seres humanos. El rango audible de las personas es muy amplio, oscilando entre 20 y 20.000 Hz, pero animales como el elefante africano son capaces de emitir sonidos con frecuencias por debajo de 20 Hz.
El fenómeno les ayuda a comunicarse a través de las vastas sabanas africanas, pues cuanto menor es la frecuencia, con más facilidad se difractan las ondas acústicas. Cuando estas encuentran rocas, árboles y arbustos, una parte se refleja en el obstáculo y la otra se expande pasando el obstáculo y llenando de inmediato el medio a su paso.
Esto ayuda a que los integrantes de la manada se ubiquen fácilmente unos a otros.
Pero no solamente los paquidermos hacen uso de esta propiedad del sonido, también los rinocerontes, jirafas y cocodrilos son capaces de usar sonidos de baja frecuencia. Incluso el rugido de los tigres contiene bajas frecuencias, que según los expertos, contribuyen a paralizar a la presa.
Son parlantes que sirven para guiar a las embarcaciones en zonas donde la niebla impide la buena visibilidad. Asimismo, los barcos disponen de estas bocinas para avisar de su presencia y así evitar accidentes.
Las bocinas para niebla emiten sonidos de baja frecuencia, es decir, notas graves, puesto que como se explicó más arriba, los sonidos de baja frecuencia se difractan más que los de alta frecuencia, y además viajan mayores distancias.
Esto último se debe a que la atenuación de la onda sonora es menor cuanto más baja es la frecuencia. Por tal motivo los sonidos agudos se pierden más rápido que los graves, otra razón por la cual los elefantes emplean sonidos de muy baja frecuencia para comunicarse.
Las ondas de radio pueden experimentar difracción debido a obstáculos como colinas, montañas y grandes edificaciones. La banda AM tiene longitudes de onda largas (180-550 metros) en comparación con los obstáculos con los que suele encontrarse.
Por eso se difractan más fácilmente que las de FM, cuya longitud de onda puede ser de apenas un par de metros. Estas no se desvían tan bien cuando se topan con edificios, dificultando la recepción en algunas zonas.
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