Informe I. Interferómetro de Michelson

Informe Interferómetro de Michelson Física Moderna Jose Daniel Bedoya Código 1009005 Ricardo Felipe Londoño Código 1009027 Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales Ingeniería Física Marzo de 2012 Resumen. Se verifica experimentalmente los patrones de interferencia presentados en el experimento de Michelson, para ello se utiliza un interferómetro haciendo pasar un haz de un rayo láser de longitud de onda de 632.8 nm a través de un espejo semireflejante, se comprueba que la distancia entre las regiones oscuras del patrón de interferencia son igual al inicio del experimento y al girar 90º el interferómetro. Posteriormente se mide la distancia de desplazamiento necesaria para hacer coincidir una región oscura en una región brillante del espectro de difracción y se determina experimentalmente la longitud de onda del láser.

1. Introducción. El experimento de Michelson-Morley es uno de los experimentos clásicos de la física y fue diseñado para tratar de detectar el movimiento de la tierra a través del éter, dicho éter era considerado por los físicos del siglo XIX como un fluido incompresible, invisible, que llenaba todo el espacio y se creía que por dicho éter era que se transportaban las ondas luminosas que llegaban a la tierra desde el sol.

El experimento se lleva a cabo gracias a un instrumento llamado interferómetro el cual funciona haciendo incidir un haz de luz en un espejo semitransparente el cual refleja una parte del haz y deja pasar la otra parte del haz, dicho haz se divide en dos haces que viajan en direcciones perpendiculares uno del otro para llegar a otros espejos los cuales reflejan de regreso los haces hacia el espejo semitransparente rebotando en él y llegando ambos a un detector o pantalla en donde se puede determinar un patrón de interferencia el cual nos indica que retraso tubo un haz con respecto al otro en caso de haber retraso; el esquema del interferómetro se muestra a continuación:

Figura 1. Diagrama del interferómetro.

El experimento de michelson-morley se diseño con el fin de apreciar el efecto que tendría la velocidad del viento del éter cuando este se movía en dirección contraria a uno de los haces de luz, con esto en mente se creía que el haz de luz se vería retardado por causa de viajar en contra de dicho éter pero en el experimento lo que se encontró fue que dicho retardo no se daba y que los rayos llegaban al mismo tiempo al detector independientemente de la dirección en la que ubicaran el interferómetro esto tomo por sorpresa a los físicos de la época ya que en ese momento no se habían desarrollado teorías que consideraran los fenómenos físicos en donde la velocidad es cercana a la velocidad de la luz, pero un poco tiempo después Albert Einstein desarrollo una teoría que abarcaba la dinámica de fenómenos para cualquier tipo de velocidad, pero afirmaba que la velocidad de la luz era la mayor velocidad que se podía alcanzar, además afirmo que la velocidad de la luz era siempre la misma en el vacio independientemente del marco de referencia utilizado para hacer la medida.

Con el experimento de michelson-morley se puedo determinar que no existía el éter y que la luz viaja a la misma velocidad sin importar el marco de referencia, esto es lo pudimos constatar en el experimento realizado ya que al medir las franjas de interferencia generadas en una posición del interferómetro y luego midiendo las franjas generadas al rotar el interferómetro 90° pudimos ver que los patrones de interferencia no cambian lo que comprueba que la luz viaja a la misma velocidad en cualquier dirección (no hay ningún éter).

2. Desarrollo del procedimiento experimental. 2.1. En la primera parte del experimento usamos un interferómetro de Michelson, hicimos pasar un láser a través del primer espejo semireflejante, el cual dejó pasar parte de la luz y reflejo otra parte en un ángulo de 45º con respecto a la fuente del láser, los espejos reflejantes, uno detrás del otro, reflejan la luz de nuevo hacia el espejo semireflejante y en una pantalla ubicada a un lado del espejo semireflejante se obtiene un espectro de interferencia de círculos concéntricos. Tal como se muestra en la figura 1. En la pantalla medimos la distancia entre regiones oscuras continuas en el eje horizontal. Luego giramos el interferómetro 90º y repetimos el experimento. Finalmente comparamos que las distancias entre regiones oscuras son semejantes en ambos casos.

2.2. En la segunda parte nos basamos en el primer espectro de interferencia obtenido, utilizando el tornillo micrométrico del interferómetro medimos el desplazamiento necesario para hacer coincidir una región oscura en una región brillante del espectro de interferencia.

3. Discusión de resultados. A continuación se presentan las mediciones realizadas durante la práctica. Primera parte.

Distancia entre regiones oscuras(mm) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.6 2.5

Ubicación del interferómetro 0º 90º

Promedio de distancias(mm) 2.5 2.53

Tabla 1. Distancias entre regiones oscuras.

Con lo cual se comprueba que las distancia de separación entre las regiones oscuras no cambian. Segunda parte.

Desplazamiento del tornillo: 6.7mm. La distancia recorrida por el espejo es el giro del tornillo micrométrico divido 10, entonces tenemos que el espejo se desplaza 0.67mm. La distancia entre un máximo y un mínimo en el espectro de interferencia corresponde a , entonces:

(

)

Esta longitud de onda obtenida nos permite sugerir que la medida tomada es errónea, ya que sobrepasa por mucho la longitud de onda del espectro visible.

4. Conclusiones. A partir de las medidas tomadas y la longitud de onda determinada experimentalmente, se puede observar que los valores tomados son erróneos, ya que a la hora de determinar la longitud de onda del láser vemos que esta no coincide con la real que es de 632.8nm, esto se pudo haber debido a nuestra observación del espectro de interferencia en donde probablemente no apreciamos correctamente el desplazamiento de las franjas. La primera parte del experimento permite comprobar que no existe tal velocidad del éter ya que al girar 90ºC el aparato, no se detecto ningún cambio en la configuración de las franjas de interferencia.

Se puede concluir que la velocidad de un cuerpo puede cambiar sus propiedades si dicha velocidad es muy alta comparada con la velocidad de la luz, además el tiempo también se ve afectado por dicha velocidad.

5. Referencias. 

Física universitaria. Sears-Zemansky-Young. Addison Wesley Iberoamericana sexta edición 1986.