Difracción y ondas

Primero, algunos términos: Las superficies que está dibujando se llaman " frentes de onda ", que son superficies de fase constante. Usualmente nos referimos a su |||| ondas como "ondas planas", lo que significa que los frentes de onda son buenos planos. Del mismo modo, llamamos a sus ondas )))) "ondas esféricas" porque los frentes de onda son esferas. Así que esos son los términos que usaré. Además, las ideas básicas son exactamente las mismas para el sonido y la luz, así que intentaré responder ambas partes de tu pregunta al mismo tiempo.

Si la fuente de una onda esférica está muy lejos, la esfera es muy grande cuando llega a ti. Pero solo estarás tratando con una pequeña parte de esa esfera, por lo que te parece bastante plana. Es decir, puedes aproximar la esfera como un plano (en una región pequeña). Por ejemplo, puedes imaginar una estrella como una fuente de ondas de luz esféricas perfectas: la estrella es más o menos esférica, por lo que las ondas pueden ser esféricas. (Un modelo muy tosco, pero sigamos con él.) Pero esa estrella está tan lejos que cuando la luz nos alcanza, cada esfera es enorme. Y dado que nuestros ojos o cualquier telescopio o lo que sea que usemos será diminuto en comparación con esa enorme distancia, la esfera es básicamente plana para nosotros; las ondas son básicamente ondas planas.

Solo puedes tener ondas planas perfectas si la fuente de las ondas es infinita y actúa en perfecta armonía, o si está infinitamente lejos. Dado que en realidad nunca tenemos fuentes infinitas, en realidad nunca tenemos ondas planas. Pero algunas veces tenemos una fuente realmente grande, por lo que podemos aproximarnos a las ondas como ondas planas.

Entonces, en el mundo real, nunca tienes ondas planas perfectas u ondas esféricas, pero con frecuencia son buenas aproximaciones. Y esas aproximaciones son fáciles de manejar (para los cálculos), por lo que las usamos mucho. Pero en realidad, cada ola que recibimos es imperfecta y una especie de frente de onda ondulado.

Puede serle útil leer sobre el principio de Huygens .

Cuando dices que ese sonido se parece a |||| o )))) estás hablando de frentes de onda . En pocas palabras, los frentes de onda son un lugar geométrico de todos los puntos de una onda que están en la misma fase. Para el sonido, puede considerar la misma fase que las compresiones correspondientes . Los frentes de onda pueden tener muchas formas. Esféricos, cilíndricos o planos son algunos ejemplos. La forma de los frentes depende de la fuente de sonido.

Al pasar un frente de onda plano de sonido (es decir, |||| ) a través de una rendija, producirá frentes de onda cilíndricos (es decir, )))) ). Esto se puede decir utilizando la teoría de propagación de ondas de Huygen . La teoría de Huygen dice que cada punto en un frente de onda es una nueva fuente puntual de ondas .

Este diagrama muestra cómo se propaga un frente de onda plano. Ahora, si coloca una rendija frente a este frente de onda, solo los puntos en la rendija ahora pueden propagar la onda hacia adelante (otras ondas rebotan en el tablero). Entonces, en efecto, lo que obtienes es un frente de onda cilíndrico (es decir, )))) ) Algo como esto:

Lo mismo sucede con la luz. La única diferencia es que los frentes de onda que obtienes con la luz siguen siendo planos, cilíndricos o esféricos ( |||| o )))) ) y no como ~~~~~~ . Este último es una representación de la onda de luz y no del frente de onda.