Diffraction · Difracción
| English | Español |
|---|---|
| gap/ɡæp/ | espacio |
| diffraction/dɪˈfrækʃn/ | difracción |
| obstacle/ˈɒbstəkl/ | obstáculo |
| wavelength/ˈweɪvleŋθ/ | longitud de onda |
| ripple tank/ˈrɪpl tæŋk/ | tanque de ondas |
| single slit/ˈsɪŋɡl slɪt/ | ranura simple |
| diffraction grating/dɪˈfrækʃn ˈɡreɪtɪŋ/ | rejilla de difracción |
Heard but not seen
- You can hear someone around a corner — but you can't see them.
- Both sound and light reach the gap 缝, yet only sound bends around it.
- The difference is diffraction 衍射.
Oído pero no visto
- Puedes oír a alguien alrededor de una esquina — pero no puedes verlo.
- Tanto el sonido como la luz llegan al hueco, pero solo el sonido se dobla alrededor de él.
- La diferencia es la difracción.
What diffraction is
- Diffraction is the spreading of a wave as it passes through a gap or around the edge of an obstacle 障碍物.
- All waves do it — water, sound, light, microwaves. The speed, wavelength and frequency do not change; only the direction spreads.
Qué es la difracción
- La difracción es la propagación de una onda al pasar por un hueco o alrededor del borde de un obstáculo.
- Todas las ondas lo hacen: agua, sonido, luz, microondas. La velocidad, longitud de onda y frecuencia no cambian; solo se expande la dirección.
Waves adding and cancelling · Ondas que se suman y se cancelan
Two overlapping waves add where they are in phase and cancel where out of phase — change the phase to see the result. This is what makes diffraction patterns. · Dos ondas superpuestas se suman donde están en fase y se cancelan donde están desfasadas: cambia la fase para ver el resultado. Esto es lo que crea los patrones de difracción.
Diffraction is the ____ of a wave as it passes through a gap. · La difracción es la ____ de una onda al pasar por una abertura.
Diffraction is the spreading (bending) of a wave at a gap or obstacle. · La difracción es la dispersión (dobladura) de una onda en una abertura u obstáculo.
All waves can diffract. · Todas las ondas pueden difractarse.
Yes — water, sound, light and microwaves all spread at a gap or edge. · Sí — el agua, el sonido, la luz y las microondas se dispersan todas en una abertura o borde.
Diffraction is the ____ of a wave as it passes through a gap or around an obstacle. · La difracción es la ____ de una onda al pasar por una abertura o alrededor de un obstáculo.
Spreading, not bending: refraction bends a wave at a boundary, and the two words are marked differently. · Dispersión, no doblado: la refracción dobla una onda en un límite, y las dos palabras se marcan de forma diferente.
How much it spreads
- Gap much wider than $\lambda$ → the wave passes nearly straight through.
- Gap about the size of $\lambda$ → it fans out strongly.
Diffraction in a ripple tank 水波槽 — a wide gap (a) spreads the waves little, a narrow gap (b) much more
Cuánto se expande
- Hueco mucho más ancho que $\lambda$ → la onda pasa casi en línea recta.
- Hueco del tamaño aproximado de $\lambda$ → se expande fuertemente.
Difracción en un tanque de ondas — un hueco ancho (a) expande poco las ondas, un hueco estrecho (b) mucho más
A wave spreads out the most when the gap is: · Una onda se dispersa más cuando la abertura es:
When the gap ≈ the wavelength, the wave fans out strongly; a much wider gap lets it pass nearly straight. · Cuando la abertura ≈ la longitud de onda, la onda se expande fuertemente; una abertura mucho más ancha permite que pase casi recta.
Making the gap narrower makes the waves spread out ____. · Hacer la abertura más estrecha hace que las ondas se dispersen ____.
A narrower gap (closer to one wavelength) gives stronger diffraction. · Una abertura más estrecha (cercana a una longitud de onda) produce una difracción más fuerte.
Match each gap to how much the wave spreads out beyond it. · Empareja cada abertura con cuánto se dispersa la onda más allá de ella.
Diffraction is greatest when the gap and the wavelength are about the same size, and fades as the gap gets much larger than the wavelength. · La difracción es máxima cuando la abertura y la longitud de onda son del mismo tamaño aproximado, y disminuye conforme la abertura se vuelve mucho más grande que la longitud de onda.
When does a wave diffract most through a gap? Select all · todos that apply. · ¿Cuándo se difracta más una onda a través de una abertura? Selecciona todos los que correspondan.
This is why you hear round a doorway but cannot see round it: sound's wavelength is about a metre, light's is under a micrometre. · Por eso puedes escuchar alrededor de una puerta pero no verla: la longitud de onda del sonido es de aproximadamente un metro, mientras que la de la luz es inferior a un micrómetro.
Why you hear but don't see
- Speech has $\lambda \approx 1\ \text{m}$ — close to a doorway's width, so it spreads round the corner.
- Light has $\lambda \approx 500\ \text{nm}$ — far smaller than the gap, so it barely spreads.
Por qué oyes pero no ves
- El habla tiene $\lambda \approx 1\ \text{m}$ — cercano al ancho de una puerta, así que se curva alrededor de la esquina.
- La luz tiene $\lambda \approx 500\ \text{nm}$ — mucho más pequeña que el hueco, por lo que apenas se expande.
You can hear but not see around a corner because sound has a much larger wavelength than light. · Puedes escuchar pero no ver alrededor de una esquina porque el sonido tiene una longitud de onda mucho mayor que la luz.
Sound's wavelength (~1 m) is near the gap size, so it diffracts; light's (~500 nm) is far smaller, so it barely does. · La longitud de onda del sonido (~1 m) es cercana al tamaño de la abertura, por lo que se difracta; la de la luz (~500 nm) es mucho más pequeña, por lo que apenas lo hace.
What diffracted light looks like
- Laser light through a single slit 单缝 gives a wide, bright central band with fainter bands either side.
- Through a diffraction grating 衍射光栅 (many slits) the light concentrates into sharp, narrow lines at definite angles: a tall central maximum, then symmetrical peaks at $\pm\theta_1$, $\pm\theta_2$ that get weaker further out.
- The angles obey $d\sin\theta = n\lambda$ — the next lesson but one uses it in full.
Cómo luce la luz difractada
- Luz láser a través de una ranura simple da una banda central ancha y brillante con bandas más tenues a ambos lados.
- A través de una red de difracción (muchas ranuras), la luz se concentra en líneas nítidas y estrechas a ángulos definidos: un máximo central alto, seguido de picos simétricos en $\pm\theta_1$, $\pm\theta_2$ que se debilitan hacia afuera.
- Los ángulos obedecen $d\sin\theta = n\lambda$ — la lección posterior a la siguiente lo usará en su totalidad.
A grating has 500 lines per mm. What is the slit spacing d, in units of 1e-6 m? · Una rejilla tiene 500 líneas por mm. ¿Cuál es el espaciado de rendijas d, en unidades de 1e-6 m?
d = 1e-3/500 = 2.0e-6 m. Putting the lines per millimetre straight into d sin(theta) = n lambda is the standard error; you must invert it first. · d = 1e-3/500 = 2.0e-6 m. Introducir directamente las líneas por milímetro en d sin(theta) = n lambda es el error estándar; primero debes invertirlo.
Worked example: where the bright lines fall
Laser light of wavelength $600\ \text{nm}$ falls normally on a grating whose lines are $5.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$ apart. Find the angle of the second-order line and describe the intensity graph from $-15^\circ$ to $+15^\circ$. A polarising filter is then placed in the beam.
- Second order: $\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 600 \times 10^{-9}}{5.0 \times 10^{-6}} = 0.24$, so $\theta = 14^\circ$.
- First order: $\sin\theta = 0.12$, so $\theta = 6.9^\circ$.
- Graph: a tall narrow spike at $0^\circ$, smaller spikes at $\pm 6.9^\circ$, smaller again at $\pm 14^\circ$, and almost nothing in between.
- With the polarising filter: every spike is half as tall (unpolarised light through one filter), but the angles are unchanged — the filter does not alter the wavelength.
Ejercicio resuelto: dónde caen las líneas brillantes
Luz láser de longitud de onda $600\ \text{nm}$ incide normalmente sobre una red cuyas líneas están separadas $5.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$. Encuentra el ángulo de la línea de segundo orden y describe la gráfica de intensidad desde $-15^\circ$ hasta $+15^\circ$. Luego se coloca un filtro polarizador en el haz.
- Segundo orden: $\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 600 \times 10^{-9}}{5.0 \times 10^{-6}} = 0.24$, por lo tanto $\theta = 14^\circ$.
- Primer orden: $\sin\theta = 0.12$, por lo tanto $\theta = 6.9^\circ$.
- Gráfica: un pico alto y estrecho en $0^\circ$, picos más pequeños en $\pm 6.9^\circ$, aún más pequeños en $\pm 14^\circ$, y casi nada entre ellos.
- Con el filtro polarizador: cada pico es la mitad de alto (luz sin polarizar a través de un filtro), pero los ángulos permanecen igual — el filtro no altera la longitud de onda.
Light of wavelength $500\ \text{nm}$ falls normally on a grating with lines $4.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$ apart. At what angle, in degrees, is the second-order maximum? · Luz de longitud de onda $500\ \text{nm}$ incide normalmente sobre una rejilla con líneas separadas $4.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$. ¿A qué ángulo, en grados, está el máximo de segundo orden?
$\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 500 \times 10^{-9}}{4.0 \times 10^{-6}} = 0.25$, so $\theta = 14.5^\circ$. · $\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 500 \times 10^{-9}}{4.0 \times 10^{-6}} = 0.25$, por lo tanto $\theta = 14.5^\circ$.
Diffraction is not refraction and not reflection: the wave keeps the same speed, wavelength and frequency, and only its direction spreads. More spreading does not mean more energy — the same energy is shared over a wider region, so the wave beyond a narrow gap is weaker in any one direction.
La difracción no es refracción ni ni reflexión: la onda mantiene la misma velocidad, longitud de onda y frecuencia, y solo su dirección se expande. Más expansión no significa más energía: la misma energía se reparte sobre una región más amplia, por lo que la onda más allá de un hueco estrecho es más débil en cualquier dirección individual.
A water wave passes through a narrow gap and spreads out. Which quantities stay the same? Select all that apply. · Una onda de agua pasa por una abertura estrecha y se dispersa. ¿Qué cantidades permanecen iguales? Selecciona todos los que correspondan.
Diffraction only changes the direction the energy travels in. Speed, wavelength and frequency are set by the medium and the source and do not change at a gap. · La difracción solo cambia la dirección en que viaja la energía. La velocidad, la longitud de onda y la frecuencia están determinadas por el medio y la fuente, y no cambian en una abertura.
Seeing it in the lab
- Ripple tank: plane waves hit a barrier with a gap; narrow the gap (or lengthen $\lambda$ by slowing the paddle) and the curved wavefronts spread more.
- Laser and single slit: a pattern of bands on a distant screen; a narrower slit gives a wider central band.
- Laser and grating: a row of sharp dots; a finer grating (more lines per mm) pushes the dots further apart.
Viéndolo en el laboratorio
- Tanque de ondas: ondas planas golpean una barrera con un hueco; se estrecha el hueco (o se aumenta $\lambda$ reduciendo la velocidad de la paleta) y los frentes de onda curvados se expanden más.
- Láser y ranura simple: un patrón de bandas en una pantalla distante; una ranura más estrecha produce una banda central más ancha.
- Láser y red: una fila de puntos nítidos; una red más fina (más líneas por mm) separa los puntos más entre sí.
You've got it
- diffraction = a wave spreading through a gap or around an obstacle (all waves do it; speed, $\lambda$ and $f$ unchanged)
- most spreading when the gap is about one wavelength 波长 wide
- sound diffracts round corners (big $\lambda$); light hardly does (tiny $\lambda$), so it needs a slit or a grating to show it
- a grating gives sharp maxima at $d\sin\theta = n\lambda$; a polarising filter halves them without moving them
Lo has entendido
- difracción = una onda expandiéndose a través de un hueco o alrededor de un obstáculo (todas las ondas lo hacen; velocidad, $\lambda$ y $f$ inalteradas)
- mayor expansión cuando el hueco tiene aproximadamente un ancho de longitud de onda
- el sonido se difracta alrededor de esquinas (gran $\lambda$); la luz apenas lo hace (tiny $\lambda$), por lo que necesita una ranura o una red para mostrarlo
- una red da máximos nítidos en $d\sin\theta = n\lambda$; un filtro polarizador los reduce a la mitad sin moverlos