NATURALEZA DE LA LUZ
La luz se comporta como una onda electromagnética en todo lo referente a su propagación, sin embargo se comporta como un haz de partículas (fotones) cuando interacciona con la materia.La luz que nos llega del Sol y las estrellas se propaga por el vacío del medio interestelar
Es una radiación (emisión de energía desde la superficie de los cuerpos sin que intervenga medio natural de transporte)
Es una onda electromagnética (propagación de una perturbación que transmite energía, pero no materia, y que se puede propagar en el vacío)
CARACTERÍSTICAS DE LA LUZ
Velocidad de propagación
- Todas las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de 300.000 km/s, que se conoce como “velocidad de la luz en el vacío” y se simboliza con la letra c
- La velocidad de la luz en el vacío no puede ser superada por la de ningún otro movimiento existente en la naturaleza.
- Cuando la luz atraviesa medios materiales en los que puede propagarse, su velocidad siempre es menor.
Velocidad de la luz en diferentes medios materiales
El espectro electromagnético
Fenómenos ondulatorios
Reflexión de la luz
- Cuando una página se ilumina con la luz solar o la luz de una lámpara, los electrones de los átomos en el papel y la tinta vibran con más energía, en respuesta a los campos eléctricos oscilantes de la luz que ilumina.
- Los electrones energizados re-emiten la luz que te permite ver la página. Cuando la página es iluminada con luz blanca, el papel parece blanco, lo cual indica que los electrones re-emiten todas las frecuencias visibles. Hay muy poca absorción.
- Con la tinta la historia es diferente. Excepto por un poco de reflexión, absorbe todas las frecuencias visibles y, en consecuencia, aparece negra.
Angulo de incidencia igual a angulo de reflexión
PRINCIPIO DEL TIEMPO MÍNIMO: Formulada por el físico francés Pierre Fermat (1650), se llama principio de Fermat del tiempo mínimo. Su idea es la siguiente: entre todas las trayectorias posibles que podría seguir la luz para ir de un punto a otro, toma la que requiere el tiempo más corto.
Espejos
Superficie de cristal, cubierta en su cara posterior por una capa de mercurio o por una plancha de metal, en la que se reflejan la luz y las imágenes de los objetos que hay delante.Espejos Planos
Una imagen virtual se forma detrás del espejo y esta en la
posición donde convergen los rayos reflejados (líneas punteadas). a la misma distancia del objeto
Espejos Curvos
Espejo Cóncavo
Cuando el objeto está cerca de un espejo cóncavo (un espejo que se curva hacia adentro, como una “cueva”), la imagen virtual es mayor y está más alejada del espejo que el objeto. En cualquier caso, la ley de reflexión sigue siendo válida para cada rayo.
Espejo Convexo
La imagen virtual formada por un espejo convexo (un espejo que se curva hacia afuera) es menor que el objeto y está más cercana al espejo que el objeto.
Refracción de la luz
Reflexión Difusa
áspera a la que llegan los rayos causan la reflexión en Muchas direcciones.
Refracción de la luz
Cuando la luz disminuye su rapidez al pasar de un medio a otro, por ejemplo cuando pasa del aire al agua, se refracta acercándose a la normal. Cuando aumenta su rapidez al pasar de un medio a otro, como cuando pasa de agua a aire, se refracta alejándose de la normal. 
Refracción a través del vidrio. Aunque la línea punteada A-C es el camino más corto, la luz va por un camino un poco más largo por el aire, desde A hasta a, y luego por un camino más corto a través del vidrio hasta c, y después llega a C. La luz que sale está desplazada, pero es paralela a la luz incidente
Causas de la refracción
La dirección de las ruedas cambia cuando una va más lenta que la otra
La dirección de las ondas luminosas cambia cuando una parte de cada una va más lenta que la otra parte
Indice de refracción
La cantidad en que difiere la rapidez de la luz en distintos medios y en el vacío se expresa por el índice de refracción n del material:
Por ejemplo, la rapidez de la luz en un diamante es 124,000 km/s, y así el índice de refracción del diamante es
Para el vacío, n =1
Debido a la refracción atmosférica, cuando el Sol está cerca del horizonte, parece que está más alto en el cielo.
Espejismos
La luz procedente del cielo incrementa su rapidez en el aire cerca del asfalto, porque el aire es más caliente y menos denso que el que está arriba. Cuando la luz roza la superficie y se desvía hacia arriba, el observador ve un espejismo
Una explicación ondulatoria de un espejismo. Los frentes de onda de la luz se propagan con más rapidez en el aire caliente cerca del suelo, y se curvan hacia arriba
Reflexión y Refracción
Cuando la luz incide sobre la línea de superficie de separación de dos medios con velocidades de luz diferentes, parte de energía luminosa se trasmite (Refracción) y parte es reflejada (Reflexión)
¿Pero la velocidad de la luz no era constante e igual a 300 000 km/s?
Nooo!!! La velocidad de luz en un medio transparente como vidrio, agua o el aire es menor que el vacío.
- La refracción de la onda solo sucede esta incide oblicuamente sobre la superficie de separación entre los dos medio, y si estos tienen índice de refracción distintos
- La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda
- El índice de refracción es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse en medio homogéneo
Ley de Snell de la refracción
Fue descubierta experimentalmente por Willebrod Snell en 1621
Y dice que los ángulos de incidencia y de refracción están relacionados por
𝑛1 sin 𝜃1 = 𝑛2 sin 𝜃2
Ejemplo
Un rayo de luz se propaga en el aire entra al agua con un ángulo de 45°, si el índice de refracción del agua es 1,33. ¿Cuál es el ángulo de refracción?
Efectos ópticos
Los rayos de luz se desvían (refractan), cuando pasan del agua al aire, haciendo que los objetos parezcan menos profundos, y mas cerca del observador
Efectos ópticos
Los rayos de luz se desvían (refractan), cuando pasan del agua al aire, haciendo que los objetos parezcan menos profundos, y mas cerca del observador
Lentes
La curvatura de la superficie de una lente produce una refracción que varia con el ángulo de curvatura
Lentes Cóncavas
La superficie curvada hacia dentro de una lente cóncava provoca que los rayos diverjan, encogiendo las imágenes
La superficie curvada hacia afuera de una lente convexa provoca que los rayos de luz converjan, amplificando las imágenes
Angulo Critico
El índice de refracción de un material determinado sirve también para determinar el ángulo critico de una sustancia
Cualquier rayo incidente (𝜃1) que tenga un ángulo mayor al ángulo critico del material , en lugar de refractase se reflejara
Reflexión Interna Total
El prisma permite demostrar la reflexión interna total si el ángulo de incidencia es suficientemente grande
Intenta esto cuando estés en la piscina
Mirando justo hacia vemos el cielo, pero fuera de ese cono de superficie de 96°, Es como un espejo
Mas allá del ángulo critico, toda la luz se refleja internamente
La reflexión interna total provoca que la luz se refleje dentro del tubo de fibra de vidrio
Dispersión
Longitudes de ondas mas largas (rojo) se desvían menos que las cortas (azul), Es decir varia ligeramente el índice de refracción, A esta separación de la luz en colores ordenados por su frecuencia se le llama dispersión
La dispersión mediante un prisma hace visible los componentes de la luz blanca
Arcoiris
La luz solar que incide en dos gotas de lluvia, tal como se ve, emerge de ellas en forma de luz dispersada.
- El observador ve la luz roja de la gota de arriba y la luz violeta de la gota de abajo.
- Son millones de gotas las que producen todo el espectro de la luz blanca funcionan como prismas.
Instrumentos ópticos
Cámara Para que la fotografía sea de mejor calidad se deben controlar tres aspectos: la rapidez del obturador, el grado de abertura del diafragma y el enfoque.
El Microscopio
Consta de dos lentes convergentes denominadas objetivo y ocular
El objeto se coloca a una distancia superior al foco pero menor del doble de la distancia focal del objetivo, de tal forma que la imagen que genera el objetivo es real, invertida y de mayor tamaño que el objeto
El telescopio
Dos lentes convergentes, una como objetivo y otra como ocular
Los rayos paralelos provenientes de un objeto lejano forman una imagen real e invertida en el plano focal del objetivo
El cual a su vez, es el objeto del ocular ubicado un poco más cerca de su foco, de esta manera, amplía la imagen que el observador perciba y la presenta en forma virtual y amplificada
El ojo humano
- La cámara fotográfica es una mala copia de nuestros ojos
- Las ondas luminosas atraviesan el cristalino, que actúa como una lente convergente
- Los rayos de luz vuelven a refractarse al atravesar el humor vítreo
- la retina, se comporta como una pantalla para los rayos luminosos. Allí se forma una imagen real, menor e invertida
- En la retina compuesta por células receptoras de la luz que transforman los estímulos luminosos en impulsos nerviosos que al llegar al cerebro son interpretados, para dar lugar a las sensaciones de color
La miopía
El globo ocular es más largo de lo normal, por lo que la imagen se forma antes de llegar a la retina, para corregir este defecto se antepone una lente divergente
La hipermetropía
El globo ocular es más corto de lo normal, por tanto, la imagen se forma detrás de la retina. La corrección se logra anteponiendo una lente convergente
El astigmatismo
En un ojo con astigmatismo la curvatura de la córnea o del cristalino es irregular, lo cual produce una imagen borrosa que es corregida anteponiendo una lente cilíndrica
Presbicia o Vista Cansada
Consiste en la pérdida de la capacidad de acomodación debida a la fatiga de los músculos filiares o a la pérdida de flexibilidad del cristalino, que se queda en su posición menos convergente Como consecuencia de esta anomalía, el punto próximo se aleja; por tal razón, quienes la padecen alejan los objetos para poder verlos nítidamente. Para corregir este problema se antepone una lente convergente
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