Interferència (propagació d'ones)

En física, la interferència és un fenomen en el qual dues ones se sobreposen i, com a resultat, formen una ona d'amplitud major o menor.^[1] La interferència normalment es refereix a la interacció d'ones que estan correlacionades o que són coherents l'una amb l'altra, ja sigui perquè provenen de la mateixa font o perquè tenen la mateixa freqüència (o una freqüència similar). Els efectes d'interferència es poden observar en qualsevol tipus d'ones com, per exemple, de llum, de ràdio, de so o de superfície.

Interferència de dues fonts en una cubeta d'ones

Etimologia

La paraula interferència deriva de les paraules llatines inter que significa "entre" i fere que significa "cop", i va ser encunyada per Thomas Young el 1801.^[2][3][4]

QUE SÓN LES ONES? Les ones són alteracions que es donen en una determinada matèria. Aquesta matèria pot ser molt diversa donat que les ones es poden donar tant a l’aigua, la llum, l’aire... En el nostre àmbit, la Comunicació Audiovisual, és interessant com les ones es poden donar al so. Aquestes alteracions a una matèria es donen a partir d’algun moviment continu que es propagat a partir de la conducció d’energia. A més, aquest fenomen es caracteritza també per transportar-se tant en l’espai com en el temps i el dinamisme.

Les ones, independentment de la tipologia a la qual pertanyin, es caracteritzen per vibrar de forma ondulada i a partir d’un punt determinat fins aturar-se quan es topen amb un altre element. Això fa que el fenomen faci un recorregut d’anada i tornada fins que finalment desapareix.

Les ones poden ser classificades en moltes categories a partir d’una característica, des de la direcció a la que es propaga fins al medi. A continuació algunes de les possibles classificacions, els tipus principals i les característiques de cada un d’ells.

Mecanisme

Interferència d'ones provinents de dues fonts

Interferència de les ones que viatgen a la dreta (verd) i a l'esquerra (blau) a l'espai bidimensional, donant lloc a l'ona final (vermell)

El principi de superposició d'ones postula que quan dues o més ones són incidents en un mateix punt, el desplaçament total en aquest punt equival al vector suma dels desplaçaments de les ones individuals. Si la cresta d'una ona es troba amb la cresta d'una altra ona de la mateixa freqüència al mateix punt, llavors la magnitud del desplaçament és la suma de les magnituds individuals: es tracta d'interferència constructiva. En canvi, si la cresta d'una ona es troba amb la vall d'una altra ona, llavors la magnitud del desplaçament és igual a la diferència de les magnituds individuals: es tracta d'interferència destructiva.

Interferència constructiva	Interferència destructiva

La interferència constructiva té lloc quan la diferència de fase entre les ones és múltiple de 2π, mentre que la interferència destructiva ocorre quan la diferència és π, 3π, 5π, etc. Si la diferència entre les fases és un entremig entre aquests dos extrems, llavors la magnitud del desplaçament de les ones sumades cau entre els valors mínim i màxim.

Per exemple, es considera què passa quan es tiren dues pedres dins d'un bassal d'aigua en calma. Cada pedra genera una ona circular que es propaga cap enfora del punt on cau. Quan es sobreposen les dues ones, el desplaçament (vertical) net en un punt particular és la suma dels desplaçaments de les ones individuals. En alguns punts les ones estaran en fase i es produirà el desplaçament màxim; en canvi, en altres punts estaran en contrafase i no hi haurà desplaçament. És per això que alguns punts de la superfície seran estacionaris.

Interferència òptica

Simulació de les interferències òptiques de Thomas Young: els dos punts a sota de la imatge són les fonts de llum.

Una imatge ampliada d'un patró d'interferència de colors en una pel·lícula de sabó. Els "forats negres" són zones d'interferència destructiva gairebé total (antifase).

Interferència òptica entre dues fonts puntuals que tenen diferents longituds d'ona i separacions de fonts.

La interferència òptica és la interacció de dues o més ones de llum que produeixen una intensitat resultant diferent de la suma de les intensitats components.^[5] En l'àmbit de l'òptica els fenòmens interferencials no poden explicar-se segons el model geomètric o corpuscular sinó que cal acudir al model presentat per la teoria ondulatòria de la llum. La interferència apareix sovint en òptica amb les ones electromagnètiques que comprenen les ones lluminoses, però també s'obté amb ones electromagnètiques d'altres tipus d'ona, com són les ones sonores.

En l'experiment de Thomas Young, aquest separà la llum en passar-la per dues escletxes paral·leles. En una pantalla blanca col·locada més enllà de les escletxes es mostrava un patró de bandes alternades clares i fosques anomenades franges d'interferència. Les franges clares indiquen interferència constructiva i les fosques indiquen interferència destructiva de les dues ones que passen per les escletxes.

Mesures acurades mostren que la interferència constructiva occorre en un punt donat de la pantalla en el qual les dues longituds de trajectòria òptica difereixen en un nombre enter de longituds d'ona de la llum i la interferència destructiva ocorre si la diferència de trajectòria és un nombre enter de mitja longitud d'ona.

Exemples d'interferència de la llum

• Efectes de color en les bombolles primes de sabó: Això passa per la interferència de les ones de llum que es reflecteixen de les superfícies frontals i posterior de la capa fina de sabó. Els canvis de color corresponen a diferents gruixos de la pel·lícula de sabó.
• Un efecte semblant es nota quan una lent de vidre convexa es pressiona contra una placa de vidre plana i es forma així una pel·lícula prima d'aire en forma de falca: quan la llum s'hi reflecteix s'hi noten una sèrie d'anells de colors, com que el fenomen va ser observat per primera vegada per Isaac Newton aquest fenomen es coneix com a anells de Newton.

Alguns usos de la interferència de la llum

• L'estàndard de longitud es basa en la longitud d'ona d'una determinada línia espectral del gas criptó i la llum d'una làmpada de kripton combinada amb un interferòmetre òptic s'utilitza per fer mesures precises de longitud.
• Pel·lícula antirreflexió: utilitzada en instruments de precisió, les lents dels quals són coberts amb primes capes transparents d'un material que redueix les pèrdues per reflexió, degudes a la interferència destructiva. La llum que d'altra manera seria reflectida, és transmesa i augmenta l'eficàcia de l'instrument.
• Pel·lícules primes en filtres d'interferència:aquí es fa servir la interferència constructiva que permet el pas de la llum d'un color i impedeix la resta de longituds d'ona.

Referències

1. Grup Enciclopèdia. interferència [Consulta: 13 setembre 2023].
2. On the mechanism of the eye / by Thomas Young.; University College London (UCL) UCL Library Services. Young, Thomas, 1773-1829.. London : printed by W. Bulmer and Co., Cleveland Row, St. James's, 1801.
3. Jones, Peter Ward. Oxford University Press. Oxford University Press, 2001 (Oxford Music Online). DOI 10.1093/gmo/9781561592630.article.20622.
4. Kipnis, Nahum. History of the Principle of Interference of Light (en anglès britànic), 1991. DOI 10.1007/978-3-0348-8652-9. ISBN 978-3-0348-9717-4.
5. José Rodriguez Garcia et al. Fundamentos de óptica ondulatoria. Universitat d'Oviedo

Enllaços externs

Viccionari

• «Sobre Fresnel» (en francès).
• «Biprisme» (en francès).
• «El problema de la paternitat experimental dels electrons physicsweb».
• «Une video explicatiu del fenomen de la interferència». ^{[Enllaç no actiu]}