EATRYL
Preparatoria · Puente universitario

Interferencia: sumar ondas y entender el patrón

Exploración guiada, teoría, aplicaciones y límites del modelo.

La animación interactiva se consulta en eatryl.com. Esta versión conserva teoría, ejemplos y ejercicios.

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Lee el control correcto

El control ρ es el radio de la distribución de fuentes alrededor del centro. En dos fuentes opuestas la distancia entre ellas es d=2ρ. En N fuentes regulares, la distancia entre vecinas es 2ρ sen(π/N). Para una fuente, el radio no tiene efecto: se coloca en el centro. Esta distinción conecta la animación con polígonos regulares.

La función que se calcula

Cada fuente aporta un seno con fase krᵢ−ωt, donde rᵢ es la distancia desde el punto observado a esa fuente. Se atenúa con aᵢ=1/√(1+0.18rᵢ) y se divide la suma entre √N. En la versión de partículas ω=2.2 rad/s. El factor 0.18 tiene unidades inversas de longitud en una interpretación dimensional. El escalado 1/√N modera el dibujo; no garantiza conservar energía al cambiar el número de fuentes coherentes.

h=1N∑i=1Nsin(kri−ωt)1+0.18ri

Primero dos amplitudes iguales

Para dos ondas de amplitud a, usa sen A+sen B=2 sen((A+B)/2) cos((A−B)/2). La envolvente tiene amplitud 2a|cos(k(r₁−r₂)/2)| antes del escalado. El desfase depende de Δr=r₁−r₂: refuerzo cuando Δr=mλ y oposición cuando Δr=(m+1/2)λ. Son condiciones de fase para fuentes coherentes en fase y misma frecuencia. Si las fuentes tienen fase inicial distinta, hay que sumarla al desfase.

Por qué no todos los mínimos son ceros

Con amplitudes a₁ y a₂, el cuadrado de la amplitud resultante antes del escalado es a₁²+a₂²+2a₁a₂ cos(kΔr). En fase vale a₁+a₂; en oposición vale |a₁−a₂|. Por eso la atenuación desigual impide una cancelación perfecta. Una franja oscura instantánea tampoco prueba que exista un nodo permanente: el mapa muestra altura, no el módulo de la amplitud.

Ejemplo: contar lugares de fase

Ajusta ρ=2.5, dos fuentes y k=2.4. Entonces d=5 y λ≈2.618. La desigualdad triangular impone |Δr|≤5. Los refuerzos posibles son m=−1,0,1: tres lugares de fase, incluida la mediatriz. Las oposiciones son Δr/λ=−1.5,−0.5,0.5,1.5: cuatro ramas. No se cuentan cuatro hipérbolas completas. El encuadre puede mostrar solo parte de cada curva; además, con atenuación son mínimos relativos de fase, no nodos exactos.

Por qué aparecen hipérbolas

Sitúa fuentes en (−c,0) y (c,0), d=2c. Si r₁−r₂=2a, entonces r₁²−r₂²=4cx y r₁+r₂=2cx/a. Sumando, r₁=a+cx/a. Sustituir su cuadrado en (x+c)²+y² produce x²/a²−y²/(c²−a²)=1, para 0<|a|

Lejos de las fuentes

A distancias mucho mayores que d, y midiendo θ desde la mediatriz hacia el lado de Δr positivo, Δr≈d sen θ. La condición de refuerzo d sen θ=mλ es la aproximación de campo lejano del experimento de doble rendija. Una rendija real tiene anchura y aporta su propia envolvente de difracción; las fuentes puntuales de esta escena no la incluyen.

Más fuentes y aplicaciones

Representa cada contribución por aᵢ e^(ikrᵢ). La amplitud que corresponde al código es |Σaᵢ e^(ikrᵢ)|/√N. Sumar estos vectores complejos explica refuerzos y cancelaciones. Las configuraciones regulares tienen simetría rotacional de orden N; el brillo observado depende también de fase, cámara y color. Estas ideas conectan con arreglos de antenas, acústica y óptica, pero la escena es un campo escalar: no representa por sí sola los campos vectoriales E y B ni su polarización.

Vuelve a los fundamentos

Pitágoras · Frecuencia y periodo · Polígonos y simetría

Práctica a tu ritmo

Ponlo a prueba: práctica progresiva

15 ejercicios en cinco niveles. Resuelve uno, explica tu procedimiento y avanza cuando puedas hacerlo sin consultar la solución.

La duración indicada en la cabecera corresponde a la explicación; puedes repartir esta práctica entre varias sesiones.

Nivel 1 · Reconocer

Ejercicio 1

Dos fuentes tienen radio ρ=2. Halla d.

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 4

  1. Son opuestas: d=2ρ=4.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 2

Dos fuentes tienen radio ρ=3. Halla d.

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 6

  1. Son opuestas: d=2ρ=6.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 3

Dos fuentes tienen radio ρ=4. Halla d.

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 8

  1. Son opuestas: d=2ρ=8.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Nivel 2 · Aplicar el procedimiento

Ejercicio 4

λ=2 y Δr=4. ¿Refuerzo u oposición?

Escribe tu procedimiento. Después compara con la solución modelo: puede haber otras respuestas equivalentes. Esta respuesta no se califica automáticamente.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: Refuerzo

  1. Δr/λ=2, entero.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 5

λ=2 y Δr=6. ¿Refuerzo u oposición?

Escribe tu procedimiento. Después compara con la solución modelo: puede haber otras respuestas equivalentes. Esta respuesta no se califica automáticamente.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: Refuerzo

  1. Δr/λ=3, entero.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 6

λ=2 y Δr=8. ¿Refuerzo u oposición?

Escribe tu procedimiento. Después compara con la solución modelo: puede haber otras respuestas equivalentes. Esta respuesta no se califica automáticamente.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: Refuerzo

  1. Δr/λ=4, entero.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Nivel 3 · Conectar operaciones

Ejercicio 7

Amplitudes 3 y 2 llegan en oposición. Halla la amplitud antes del escalado.

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 1

  1. |a₁−a₂|=|3−2|=1.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 8

Amplitudes 4 y 3 llegan en oposición. Halla la amplitud antes del escalado.

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 1

  1. |a₁−a₂|=|4−3|=1.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 9

Amplitudes 5 y 4 llegan en oposición. Halla la amplitud antes del escalado.

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 1

  1. |a₁−a₂|=|5−4|=1.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Nivel 4 · Resolver una situación

Ejercicio 10

λ=2 y d=5. ¿Cuántos lugares de refuerzo con |mλ|<d hay, incluida la mediatriz?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 5

  1. m va de −2 a 2.
  2. Son 5 lugares.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 11

λ=2 y d=7. ¿Cuántos lugares de refuerzo con |mλ|<d hay, incluida la mediatriz?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 7

  1. m va de −3 a 3.
  2. Son 7 lugares.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 12

λ=2 y d=9. ¿Cuántos lugares de refuerzo con |mλ|<d hay, incluida la mediatriz?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 9

  1. m va de −4 a 4.
  2. Son 9 lugares.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Nivel 5 · Argumentar y afrontar un reto

Ejercicio 13

N=2 fuentes coinciden en el centro. ¿La normalización hace igual la amplitud a una fuente?

Escribe tu procedimiento. Después compara con la solución modelo: puede haber otras respuestas equivalentes. Esta respuesta no se califica automáticamente.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: No

  1. N ondas idénticas suman N veces una.
  2. Dividir por √N deja √N veces una: √2.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 14

N=3 fuentes coinciden en el centro. ¿La normalización hace igual la amplitud a una fuente?

Escribe tu procedimiento. Después compara con la solución modelo: puede haber otras respuestas equivalentes. Esta respuesta no se califica automáticamente.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: No

  1. N ondas idénticas suman N veces una.
  2. Dividir por √N deja √N veces una: √3.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 15

N=4 fuentes coinciden en el centro. ¿La normalización hace igual la amplitud a una fuente?

Escribe tu procedimiento. Después compara con la solución modelo: puede haber otras respuestas equivalentes. Esta respuesta no se califica automáticamente.

Una pista

Escribe los datos y la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: No

  1. N ondas idénticas suman N veces una.
  2. Dividir por √N deja √N veces una: √4.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.