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Física · Óptica

Interferómetro de Michelson

Dividir un haz de luz, hacerlo recorrer dos caminos y volver a juntarlo: así se miden distancias más pequeñas que una longitud de onda.

Montaje

láserdivisorespejo fijoespejomóvilpantalla

Pantalla

Intensidad en el centro

0200400600800100000.20.40.60.81desplazamiento del espejo (nm)

Interferómetro

Espejo movido0 nm
Franjas que han pasado0
Diferencia de camino 2d200 µm
Centrobrillante

El divisor separa el haz en dos que van a dos espejos y vuelven a juntarse. Si un brazo es d más largo, su luz recorre 2d más y las dos ondas interfieren. Cada vez que el espejo se mueve λ/2 (316.5 nm) la diferencia de camino cambia una λ y pasa una franja por el centro: contando franjas se miden distancias de fracciones de micra.

Qué es y cómo se usa

En el interferómetro de Michelson un espejo semitransparente (el divisor) separa un haz de luz en dos. Cada uno va a un espejo, vuelve y se recombinan en el divisor hacia una pantalla. Si los dos brazos tienen distinta longitud, una de las ondas recorre 2d más que la otra y al juntarse interfieren.

En la pantalla aparecen anillos claros y oscuros: la diferencia de camino es 2·d·cos θ y cambia un poco con el ángulo de cada rayo. Cuando se mueve el espejo móvil una distancia λ/2, la diferencia de camino cambia una longitud de onda y el centro pasa de claro a oscuro y otra vez a claro: una franja. Contando franjas se mide el desplazamiento con una precisión de una fracción de micra.

Elige la fuente de luz, cambia la diferencia entre los brazos y pulsa para mover el espejo y contar las franjas. Si inclinas un poco el espejo, los anillos se convierten en franjas rectas.

Ejemplo resuelto

Al mover el espejo de un interferómetro de Michelson iluminado con luz de sodio se cuentan 200 franjas que pasan por el centro. El micrómetro indica que el espejo se ha movido 58,9 µm. ¿Cuál es la longitud de onda?

  1. Cada franja corresponde a un desplazamiento del espejo de λ/2.
  2. Desplazamiento: Δd = N·λ/2, así que λ = 2·Δd / N.
  3. λ = 2 · 58,9 µm / 200 = 0,589 µm.
  4. Es decir, 589 nm: la luz amarilla del sodio.

λ = 589 nm

Preguntas frecuentes

¿Por qué una franja equivale a moverse λ/2 y no λ?

Porque la luz va hasta el espejo y vuelve: si el espejo se aleja λ/2, el camino de ida y vuelta aumenta λ. Eso basta para que la interferencia pase por un ciclo completo, de máximo a máximo.

¿Para qué se usa?

Para medir longitudes de onda e índices de refracción, comprobar la planitud de superficies y calibrar distancias. Michelson y Morley lo usaron en 1887 para buscar el éter, y versiones gigantes, con brazos de 4 km, detectan las ondas gravitacionales (LIGO).

¿Por qué salen anillos?

Porque los rayos que llegan a la pantalla con un ángulo θ recorren una diferencia de camino 2·d·cos θ, algo menor que en el centro. Los puntos con el mismo ángulo forman circunferencias, y cada una es clara u oscura según esa diferencia de camino.

¿Qué pasa si los dos brazos son iguales?

Con d = 0 y los espejos perfectamente alineados, la diferencia de camino es nula en toda la pantalla y se ve uniforme, sin anillos. Al alargar un brazo empiezan a salir anillos desde el centro, cada vez más apretados.

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