Desearía poder mostrarte un experimento simple que vi en mi clase de ciencias de la escuela secundaria. Se requería una bandeja de agua y un medio para generar dos ondas separadas, cada una de las cuales emanaba de una rendija en una partición en una bandeja de agua.
Se generó una onda lineal detrás de la partición y dos ondas de agua emergieron a través de las rendijas mientras la ola continuaba como dos ondas desplegadas en patrones circulares concéntricos. Estas ondas emanaban con el mismo espacio o intervalo (frecuencia). Cuando las olas chocaron, sucedieron dos cosas. Los canales y las crestas interactuaron para crear nodos. Donde ocurrieron los nodos, las ondas estaban en fase reforzándose entre sí. Donde ocurrieron los canales, las olas estaban fuera de fase destruyendo o agotando la energía del otro.
Cuando las ondas lineales chocan que están en fase, ocurre el mismo fenómeno en todo el frente de onda reforzándose entre sí. Las crestas se vuelven más altas y los canales se vuelven más profundos.
En el Museo de Ciencia e Industria de Chicago hay una exhibición que ilustra el refuerzo y la fase de las olas. En este caso, las ondas se generan a partir de dos puntos centrales mediante barras verticales que oscilan hacia arriba y hacia abajo con la misma frecuencia y amplitudes. Esto genera dos patrones de ondas circulares que chocan cuando las crestas de las olas se encuentran. Si las ondas se generan a la misma frecuencia, se refuerzan entre sí porque están en fase. Si chocan fuera de fase, desaparecen la energía del otro. Estas cacerolas de agua se proyectan en el piso una historia más abajo para que las olas se puedan observar fácilmente.
El patrón de difracción de dos rendijas por una onda plana se ilustra con un GIF animado en una página de Wikipedia:
Experimento de doble rendija – Wikipedia
Desplácese hacia abajo de la página hasta que vea un cuadrado verde con dos patrones de ondas circulares en forma de abanico para ver los nodos. Ese GIF animado está ilustrando el concepto general de interacción de onda alcanzado por las matemáticas, que no entiendo, en este caso. Ofrezco la animación verde para mostrarle lo que ve en los cuerpos de agua del mundo real cuando se lleva a cabo el experimento.
Las ondas de radio invisibles y las ondas de sonido exhiben el mismo fenómeno de refuerzo cuando están en fase. Si los cables de los altavoces estéreo no están conectados de la misma manera en los bornes rojos y negros del altavoz y el receptor estéreo, el sonido de los altavoces saldrá de la fase. El sonido no sonará tan fuerte como cuando están cableados correctamente. Los conos de los altavoces se mueven juntos en fase para generar ondas de sonido en fase cuando se conectan correctamente. Debe colocar la cabeza equidistante de ambos altavoces para escuchar fácilmente la diferencia. Muchas conexiones de altavoces nuevos usan conectores que eliminan la conexión incorrecta de los cables de los altavoces, por lo que es posible que no pueda ejecutar este experimento. Las frecuencias bajas, que tienen más potencia que las frecuencias I, son más fáciles de detectar cuando están fuera de fase. La otra cosa que notará es que la música o la voz suena bastante delgada y espacial. Probablemente hayas notado que cuando todo está conectado correctamente, algunos sonidos suenan como si fueran frontales y centrales. Esas señales sonarían delgadas y espaciales si los altavoces no están conectados en fase.
Por cierto, una vez experimenté el refuerzo de olas en el mundo real. Viajaba en un bote pequeño y entraba al lago Michigan desde el río Calumet. Nos encontramos con grandes olas de 6 pies. Estábamos dentro de un rompeolas. Nos aventuramos fuera del rompeolas y esperábamos ver olas aún más grandes. Sin embargo, el agua se volvió mucho menos dinámica. Las olas eran lineales y no tan altas. Mi opinión sobre esto es que las olas que ingresan al rompeolas interactuaban con las olas reflejadas que rebotaban en las paredes del mar en la costa. Cuando los dos frentes de onda chocaron en ángulo entre sí, formaron nodos a los que me refería como hinchazones. Esto fue inesperado y nunca lo olvidaré porque nuestro pequeño bote se voló en el aire hasta que reducimos la velocidad después de estrellarse en la parte superior del siguiente nodo como un gran bache en el camino.