El principio de superposición es una idea general en la física donde un sistema se encuentra en todos los estados posibles al mismo tiempo. Una vez que se mide, cae a uno de los estados base en los que se forman la superposición, destruyendo la configuración original. Es a través de esta ley que se explica la rareza cuántica observada a través de muchos experimentos de la física moderna.
Mediante la doctrina de superposición, se explican algunos supuestos de la física y las leyes que determinan el funcionamiento del universo. Tal es el caso de la doble rendija. Cuando hay dos rendijas en una barrera que permiten el paso de los electrones, se encontrará un patrón de interferencia no predicho por la mecánica clásica.
A través de los procesos de la superposición es que se explican los procesos de interacción física detrás de la aparición de franjas oscuras y brillantes registradas en los detectores de la salida de los interferómetros ópticos. Del mismo modo, es a través de dicho principio donde se establece una función que se puede ampliar como una combinación lineal de los estados propios normalizados. Siempre que sea un operador en particular que constituyen una base del espacio ocupado.
Si quieres saber más sobre el Principio de superposición y cuál es su aplicación, te invitamos a que te quedes hasta el final del artículo. A continuación, explicaremos en detalle para que todos puedan entender en qué se basa la superposición y cómo afecta a la física en general. ¿Te interesa? ¡Acompáñanos!
¿Qué es el Principio de superposición?
El Principio de superposición, como se ha mencionado anteriormente, es una idea aplicada en la física que establece dos preceptos importantes: Cuando dos o más ondas del mismo tipo se interceptan en algún punto, el desplazamiento resultante en ese punto es igual a la suma de los desplazamientos. Esto debido a cada onda individual.
También se puede definir como un sistema, o función, que responde a la entrada y salida de sistemas lineales. La respuesta neta es causada por dos o más estímulos, siendo la suma de las respuestas que habría sido causada por cada estímulo individualmente.
Gracias al principio de superposición se puede afirmar que cualquier sistema, o función, que respete el principio dicho anteriormente, es un sistema lineal. Y, también, el principio de superposición se aplica a todos los sistemas lineales y funciones. Para tener una visión más amplia, es importante entender que el sistema se define como lineal si cumple una serie de propiedades.
Características del principio de superposición
En el principio de superposición se establece que los desplazamientos se suman vectorialmente. Sin embargo, las vibraciones y las oscilaciones ocurren dentro de un plano individualmente, así que dichos desplazamientos se agregan algebraicamente. Solo hay que incluir los signo de más, dividir y menos.
Otra característica importante del principio es que el comportamiento depende de las líneas del medio. Una vez que pasan por las ondas o cuando las partes del medio poseen un doble desplazamientos. Es cuando este tendrá el doble de fuerza de restauración. En el caso de amplitudes más grandes, se suele romper obteniendo armónicos.
En el caso de las ideas y el lenguaje que se transfieran a ondas electromagnéticas, no habrá desplazamiento mecánicos del medio. Y, cuando las olas pasan más allá de ese punto de intersección, separando nuevamente las olas que no cambian por completo. A menos que el medio se haya estirado demasiado.
Una vez que se produzca lo que establece el principio de superposición, las ondas mecánicas lentas se observarán en amplitud. Para ondas que ocurran con mayor frecuencia, como el sonido de las ondas, la intensidad se medirá a través de la energía que es proporcional.
¿Dónde se puede visualizar la superposición?
En general, la superposición se puede ver en cosas mundanas y comunes. Tal es el caso de las ondas en los charcos, ondas de las cuerdas y los auriculares con cancelación del ruido. Cada una de estas cosas muestra una superposición. Una vez que las olas se encuentran, se superponen e interactúan entre sí.
De esta forma se suman más ondas pequeñas hasta que se logre a formar más grande, o cancelándose entre sí. Los dos actos mencionados anteriormente pueden ocurrir al mismo tiempo y ser una combinación de ambos. Los auriculares con cancelación de ruido, escucharán el ruido constante y de su alrededor. Reproduciendo exactamente el sonido opuesto para cancelar los ruidos molestos. Uno de estos ruidos molestos son los motores de los aviones, por no nombrar alguno.
Superposición de las ondas
Cada vez que dos ondas se superponen entre sí, dependerá en cuál fase en el punto de cruce para dar una interferencia constructiva. También si se encuentran en antifaces en el punto de cruce, para dar interferencia destructiva.
La superposición ocurre en un instante en el tiempo y solo en una ubicación. La amplitud es el mayor del desplazamiento en una sola ubicación. Para visualizarlo mejor, hay que ver un patrón de interferencia fijo o estacionarlo, viendo la amplitud en cualquier punto constante. Mientras que el desplazamiento variará continuamente.
Principio de superposición en la cuántica
En un ámbito más confuso, la superposición y el principio en general, pueden significar algo completamente diferente a lo establecido anteriormente. La superposición cuando ocurre a una escala cuántica, las partículas también se pueden considerar como unas ondas que se superponen entre sí. Dichas partículas existen en diferentes estados y estar en diferentes posiciones. Asimismo, es normal que las partículas posean diferentes energías o moverse a un grupo desigual de velocidades.
La mecánica cuántica es extraña, así en lugar de pensar en que una partícula se encuentra en un estado en específico o cambiando en varios estados, lo mejor, y lo establecido por los científicos es que estos se encuentran en todos los estados conocidos al mismo tiempo. Tal análisis y evaluación de las partículas hace suponer que se aplique el principio, donde las olas se superponen entre sí.
La situación descrita se conoce como superposición de los estados. Si se piensa en términos de partículas, significa que una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo. Aunque no tena un sentido intuitivo, es una de las extrañas realidades que se pueden observar en el mundo de la física cuántica.