Luz que se propaga a través de una onda de sonido.

Question

Sabemos que la velocidad de la luz depende de la densidad del medio es viajar a través de. Viaja más rápido a través de menos de medios densos y más lento a través de más medios densos.

Cuando se producen sonido, una serie de rarefacciones sufridas y compresiones se crean en el medio por la vibración de la fuente de sonido. Compresiones de tener alta presión y alta densidad, mientras que rarefacciones sufridas tener baja presión y baja densidad.

Si la luz se hizo para propagar a través de una perturbación en el medio, hace que la experiencia de refracción debido a los cambios en la densidad del medio? ¿Por qué no podemos observar este?

Answer 1

En realidad, este efecto ha sido descubierto en 1932, con la luz difractada por ultra-sonido de las olas. Con el fin de obtener efectos observables necesita ultra-sonido con longitudes de onda en los µm (es decir, no mucho más tiempo que las ondas de luz), y por lo tanto las frecuencias de sonido en el MHz rango.

Véase, por ejemplo aquí:

• En la Dispersión de la Luz por Ondas Supersónicas
  por Debye y Sears en 1932

  

• Propriétés optiques des ambientes solides et liquides soumis aux vibraciones élastiques ultra sonores
  (Propiedades ópticas de sólidos y líquidos en los medios de comunicación sometidos a ultrasonidos vibraciones elásticas)
  por Lucas y Biquard en 1932

  traducido del francés:

  Resumen : Este artículo describe las principales propiedades ópticas presentado por sólidos y líquidos de los medios de comunicación, sometidos a ultra sonic vibraciones elásticas cuyo rango de frecuencias de 600.000 a 30 millones por segundo. Estos ultra sonidos fueron obtenidos por Langevin del método para el uso de cuarzo piezoeléctrico emocionado en alta frecuencia. Bajo estas condiciones, y de acuerdo a los valores relativos de la longitud de onda elástica dimensiones, las longitudes de onda de la luz, y de la apertura del haz de luz que pasa a través del medio estudiado, diferentes fenómenos ópticos son observables. En el caso de los más pequeños elástica longitudes de onda de hasta un par de décimas de milímetro, rejas, como la luz de los patrones de difracción se observa cuando el incidente de rayos de luz paralelos a la onda elástica planos.
  

• La difracción de la luz por ondas sonoras de alta frecuencia: Parte I
  por Raman y Nagendra Nathe en 1935

  Una teoría del fenómeno de la difracción de la luz por el sonido de las ondas de alta frecuencia en un medio, descubierto por Debye y Sears, y Lucas y Biquard, es desarrollado.

Answer 2

Lo he visto con ondas estacionarias en el agua, un experimento de demostración de PhyWe. La frecuencia 800 kHz, lo que da una distancia entre nodos de alrededor de un milímetro. La onda estacionaria está en una cubeta, entre la cabeza de un transductor de hidrófono piezoeléctrico y el fondo. Al mirar a través del agua, se ve la variación del índice de refracción como una "ondulación" del fondo.

No pude encontrar una descripción de esto en línea, pero encontré esto sobre experimentos de demostración en el aire: https://docplayer.org/52348266-Unsichtbares-sichtbar-machen-schallwellenfronten-im-bild.html

Answer 3

A ello contribuyen varios factores:

• El aire tiene un índice de refracción bajo, por lo que los efectos ópticos derivados de su presión mecánica serán débiles;
• Incluso los sonidos fuertes tienen una presión mecánica baja. La base de datos Wolfram Alpha indica que la presión de un avión a reacción a 100 metros es de 200 pascales, lo que equivale a una diferencia de presión del 0,5% entre el pico y el valle;
• Las olas no provocan límites duros entre las presiones altas y bajas;
• Las fuentes de sonidos fuertes suelen provocar otros fenómenos que lo ocultan. La combustión genera luz y calor, y la rápida liberación de presión puede hacer que el agua del aire se vuelva opaca.

Incluso con todo eso es posible magnificar el efecto utilizando luz puntual lejana y, o bien simplemente observación de patrones refractados o crear una configuración en la que la mitad de la imagen reenfocada queda bloqueada . Utilizando la segunda técnica es posible observar palmadas .

Answer 4

Puedes ver el efecto del cambio de densidad en el índice de refracción debido al calentamiento del aire. Para ver un ejemplo sencillo, enciende una vela y mira a través de la columna de aire situada directamente sobre la llama. La llama calienta el aire que asciende, pero el flujo es turbulento, por lo que verás cómo los objetos situados al otro lado de la columna de aire brillan a medida que la corriente de aire caliente se agita de un lado a otro.

Puede ver este efecto cuando mira a través de una superficie pavimentada en un día caluroso y soleado.

Este efecto no se aprecia con el sonido, al menos a los niveles de escucha habituales, ya que los cambios de densidad son demasiado pequeños (como se indica en otra respuesta).