A veces, cuando una ola viaja a través de un medio, se encuentra con otra ola, que también viaja a través del mismo medio. ¿Qué sucede cuando estas olas chocan? Resulta que las ondas se combinan de una manera relativamente intuitiva y fácil de calcular. No solo eso, sino que también hay muchas aplicaciones útiles de interferencia de ondas, tanto en el laboratorio como en la vida cotidiana.
Combinar ondas

Para saber cuál será la combinación de ondas hacer en un punto dado en el medio en un punto dado en el tiempo, simplemente agrega lo que harían independientemente. Esto se llama el principio de superposición
.

Por ejemplo, si tuviera que trazar las dos ondas en el mismo gráfico, simplemente agregaría sus amplitudes individuales en cada punto para determinar la resultante ola. A veces, la amplitud resultante tendrá una magnitud combinada más grande en ese punto, y a veces los efectos de las ondas se cancelarán parcial o completamente.

Imagina si tuviéramos la onda A viajando hacia la derecha y la onda B viajando hacia la izquierda. Si observamos un cierto punto en el espacio donde la onda A tenía un desplazamiento hacia arriba de 2 unidades, mientras que la onda B tenía un desplazamiento hacia abajo de 1 unidad, la onda resultante tendría un desplazamiento hacia arriba de 1 unidad: 2 - 1 \u003d 1.
Interferencia constructiva

En interferencia constructiva
, el desplazamiento del medio debe estar en la misma dirección para ambas ondas. Se combinan para formar una sola onda con una amplitud mayor que cualquiera de las ondas individualmente. Para una interferencia constructiva perfecta, las ondas deben estar en fase, lo que significa que sus picos y valles se alinean perfectamente, y tener el mismo período.
Interferencia destructiva

Para interferencia destructiva
, el desplazamiento del medio para una ola está en la dirección opuesta a la de la otra ola. La amplitud de la onda resultante será menor que la de la onda con la amplitud mayor.

Para una interferencia destructiva perfecta, donde las ondas se cancelan entre sí para crear una amplitud cero, las ondas deben estar exactamente fuera de fase - lo que significa que el pico de uno se alinea perfectamente con el valle del otro - y tienen el mismo período y amplitud general. (Si las amplitudes no son las mismas, las ondas no se cancelarán exactamente a cero).

Tenga en cuenta que la interferencia destructiva no detiene la onda; simplemente lleva su amplitud en ese lugar en particular a cero. La interferencia es lo que sucede cuando las ondas se cruzan entre sí: una vez que las ondas ya no interactúan, vuelven a sus amplitudes originales.
Ondas reflectantes

Las ondas pueden reflejarse en superficies y puntos fijos donde sea que el medio están viajando a través de cambios a un medio diferente.

Si una cuerda se fija en un lado, cualquier onda que viaje a lo largo de la cuerda que golpee ese punto fijo se reflejará "al revés" o como un versión inversa de la ola original. Si una cuerda está libre en un lado, cualquier onda que viaje a lo largo de la cuerda que golpee el extremo se reflejará directamente hacia arriba. Si una cadena está atada a otra cadena de una densidad diferente, cuando una onda golpea esa conexión, parte de ella se reflejará (como si el extremo de la cadena estuviera fijo) y parte continuará.

Cuando un la onda en el agua o el aire golpea una superficie, se reflejará fuera de esa superficie en el mismo ángulo que golpeó. Esto se denomina ángulo incidente.

Las ondas reflejadas a menudo pueden interferir consigo mismas, lo que, en circunstancias especiales, puede crear un tipo especial de onda conocida como onda estacionaria.
Ondas estacionarias

Imagine una cadena con uno o ambos extremos fijos. Una onda que viaja en esta cuerda que golpea un extremo fijo se reflejará en ese extremo, viajando en la dirección opuesta e interferirá con la onda original que la creó.

Esta interferencia no es necesariamente perfectamente constructiva o destructiva a menos que la longitud de la cuerda es un múltiplo de la mitad de la longitud de onda de la onda.

[imagen de frecuencias estacionarias fundamentales /armónicas]

Esto crea un patrón de onda estacionaria: ondas originales salientes que interfieren con las ondas reflejadas mientras moverse en direcciones opuestas. Las olas que van en direcciones opuestas interfieren entre sí de tal manera que ya no parecen estar en movimiento; en cambio, parece que las secciones de la cadena simplemente se mueven hacia arriba y hacia abajo en su lugar. Esto ocurre, por ejemplo, en las cuerdas de guitarra cuando se puntean.

Los puntos en la cuerda que parecen fijos se llaman nodos
. A medio camino entre cada par de nodos hay un punto en la cadena que alcanza la amplitud máxima; estos puntos se denominan antinodos
.

La frecuencia fundamental
, o primera armónica
, de una cadena se produce cuando la longitud de la cadena es la mitad de la longitud de onda de la ola. La onda estacionaria parece un pico de onda única que vibra hacia arriba y hacia abajo; tiene un antinodo y un nodo en cada extremo de la cuerda.

La onda estacionaria con una longitud de cuerda igual a la longitud de onda de la onda se llama el segundo armónico; tiene dos antinodos y tres nodos, donde dos nodos están en los extremos y un nodo está en el centro. Los armónicos son muy importantes para la forma en que los instrumentos musicales crean música. Ejemplos de interferencia de ondas

Los auriculares con cancelación de ruido funcionan según el principio de interferencia destructiva de las ondas de sonido. Un micrófono en los auriculares detecta cualquier ruido de bajo nivel a su alrededor, y luego los auriculares emiten ondas de sonido en sus oídos que interfieren destructivamente con el ruido ambiental. Esto cancela el ruido ambiental por completo, lo que le permite escuchar su música y podcasts mucho más claramente en un ambiente ruidoso.

Los silenciadores en los automóviles funcionan de manera similar, aunque de manera más mecánica. El tamaño de las cámaras en un silenciador está diseñado de manera precisa de modo que una vez que el ruido del motor ingresa al silenciador, interfiere destructivamente con su propio ruido reflejado, haciendo que el automóvil sea más silencioso.

La luz de microondas emitida por su horno de microondas también experimenta interferencia. Hay lugares dentro de su microondas donde las ondas de luz emitidas en el interior del horno interfieren constructiva y destructivamente, ya sea calentando sus alimentos más o menos. Esta es la razón por la cual la mayoría de los hornos de microondas tienen una placa giratoria en su interior: para evitar que sus alimentos se congelen por completo en algunos puntos y hiervan en otros. (No es una solución perfecta, ¡pero es mejor que la comida se quede quieta!)

La interferencia de las olas es una consideración muy importante al diseñar salas de conciertos y auditorios. Estas salas pueden tener "puntos muertos", donde el sonido del escenario, reflejado en las superficies de la sala, interfiere destructivamente en un determinado lugar de la audiencia. Esto se puede evitar mediante la colocación cuidadosa de materiales absorbentes y reflectores del sonido en las paredes y el techo. Algunas salas de conciertos tendrán altavoces dirigidos a estos lugares para que los miembros de la audiencia que estén sentados allí puedan escuchar correctamente.
Patrones de interferencia de ondas electromagnéticas

Al igual que con otras ondas, las ondas de luz pueden interferir entre sí y puede difractarse o doblarse alrededor de una barrera o abertura. Una ola difracta más cuando la abertura tiene un tamaño más cercano a la longitud de onda de la onda. Esta difracción causa un patrón de interferencia: regiones donde las ondas se unen y regiones donde las ondas se cancelan entre sí.

Tomemos el ejemplo de la luz que pasa a través de una sola rendija horizontal. Si imagina una línea recta desde el centro de la ranura hasta la pared, donde esa línea golpea la pared debería ser un punto brillante de interferencia constructiva.

Podemos modelar la luz que pasa a través de la ranura como una línea de múltiples fuentes puntuales que irradian todas hacia afuera. La luz de las fuentes a la izquierda y a la derecha de la ranura habrá recorrido la misma distancia para llegar a este punto en particular en la pared, por lo que estará en fase e interferirá constructivamente. El siguiente punto a la izquierda y el siguiente punto a la derecha también interferirán de manera constructiva, y así sucesivamente, creando un máximo brillante en el centro.

El primer punto donde ocurrirá interferencia destructiva puede determinarse como sigue: Imagine que la luz viene del punto en el extremo izquierdo de la ranura (punto A) y un punto que viene del medio (punto B). Si la diferencia de ruta de cada una de esas fuentes al muro difiere en 1 /2λ, 3 /2λ, etc., interferirán destructivamente.

Si tomamos el siguiente punto a la izquierda y al siguiente apunte a la derecha del medio, la diferencia de longitud de la ruta entre estos dos puntos de origen y los dos primeros sería aproximadamente la misma, por lo que también interferirían destructivamente.

Este patrón se repite para todos los pares de puntos restantes , lo que significa que si la luz proveniente del punto A y el punto B interfiere en un punto dado en la pared, entonces toda la luz que ingresa a través de la rendija experimenta interferencia en ese mismo punto.

Un patrón de difracción ligeramente diferente también puede ser obtenido al pasar la luz a través de dos pequeñas rendijas separadas por la distancia a en un experimento de doble rendija. Aquí vemos interferencia constructiva (puntos brillantes) en la pared cada vez que la diferencia de longitud del camino entre la luz proveniente de las dos rendijas es un múltiplo de la longitud de onda λ.
¿Qué es un interferómetro?

Los científicos usan interferencia de onda todos los días para hacer descubrimientos emocionantes, usando interferómetros. Un interferómetro es un instrumento científico que utiliza la interferencia de las ondas de luz para realizar mediciones y realizar experimentos.

Un interferómetro básico toma un rayo láser y lo divide en dos haces. Un rayo hará cosas muy diferentes o le hará cosas diferentes, dependiendo de la pregunta que los científicos estén tratando de responder. Los haces se recombinarán, pero las diferentes experiencias que tuvieron los habrán cambiado. Los científicos pueden observar la interferencia de los dos rayos láser ahora diferentes para investigar cuestiones científicas, como la naturaleza de las ondas gravitacionales.

El Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) es un interferómetro gigante que envía su división haces láser a 2.5 millas (4 km) de distancia y hacia atrás.

Los haces divididos están en ángulo recto, por lo que si una onda gravitacional pasa a través del interferómetro, afectará a cada haz de manera diferente. Esto significa que interferirán entre sí cuando se recombinen, y el patrón de interferencia le dice a los físicos qué causó las ondas gravitacionales. Así es como LIGO detectó ondas gravitacionales de agujeros negros que se estrellaron, un descubrimiento que ganó el Premio Nobel en 2017.