Unidad II La Materia y sus transformaciones La Luz

Transcripción

1 Unidad II La Materia y sus transformaciones La Luz

2 Naturaleza de la Luz La mayor parte de lo que conocemos de nuestro entorno es adquirido mediante sentido de la vista, de aquí que resulta de mucha importancia el estudio de la naturaleza de la luz, es decir, de la Óptica, la que tiene por objeto de estudio los fenómenos asociados a la luz. Las interrogantes que han despertado el interés de los científicos en relación a la luz son: Qué es la Luz? Cuál es el mecanismo exacto de su propagación? La respuesta a estas preguntas aún no tienen una respuesta definitiva en el actual estado de la ciencia proponiéndose variadas teorías a través del tiempo: Hacia el siglo VI a.c. los griegos pensaban que la luz era un fluido que emanaba de los cuerpos y que los ojos eran capaces de captar, idea que con variantes se mantuvo hasta el siglo XVII cuando el inglés Robert Hoocke estudiando los colores de burbujas y láminas delgadas llegó a la conclusión de que se trataba de una rapidísima vibración de algo.

3 Naturaleza de la Luz En este mismo periodo el físico, matemático y astrónomo danés Christian Huygens recoge la idea de Hoocke y propone que la luz es un fenómeno ondulatorio longitudinal que proviene de la vibración mecánica del éter un medio material perfectamente elástico e imperceptible a través del cual se propagaría. Por su parte, el físico y matemático inglés Isaac newton se opone fuertemente a la teoría de Huygens suponiendo que el cuerpo emisor de luz produce partículas o granos de luz que se propagan en todas direcciones, en línea recta, con una velocidad finita que penetran el ojo y chocan con la retina dando origen a la sensación luminosa. Los diferentes tamaños de estos granos darían origen a los colores que se perciben. Hacia fines del siglo XIX el físico inglés James Maxwell da a conocer su teoría en la que sostiene que la luz es una perturbación electromagnética producida por la superposición de los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí, perturbaciones que se propagarían en el vacío

4 Naturaleza de la Luz sin la necesidad de la existencia del éter en forma de ondas transversales con velocidad constante. Experimentos realizados durante la época apoyan esta teoría. Sin embargo la observación de nuevos fenómenos como el efecto fotoeléctrico que consiste en la emisión de electrones por algunos materiales cuando sobre su superficie incide luz u otra radiación de longitud pequeña hizo cambiar la opinión de científicos a favor de una teoría corpuscular.

5 Naturaleza de la Luz El físico alemán Albert Einstein explico este fenómeno suponiendo que la energía de una radiación luminosa esta dividida en pequeños paquetes o cuantos de luz a los que llamo fotones aceptando una naturaleza corpuscular de ella. No es hasta inicios del siglo XX cuando el físico francés Louis de Broglie concluye que el concepto de partícula o corpúsculo es inseparable del concepto de onda, es decir, no existe un fotón sin la compañía de onda, son ellos quienes transportan la energía, la que será mayor cuanto mayor sea la onda electromagnética que la acompaña.

6 Clasificación de los fenómenos ópticos ÓPTICA GEOMÉTRICA FÍSICA CUÁNTICA La luz se considera constituyendo rayos luminosos La luz se considera como un fenómeno ondulatorio. Ondas La luz se considera como una combinación de ondas y corpúsculos. Fotón Reflexión Refracción Dispersión Difracción Interferencia Polarización Efecto Fotoeléctrico

7 Clasificación de los cuerpos según la Óptica A. Desde el punto de vista de la emisión de la luz, se los clasifica en: Cuerpos luminosos o fuentes primarias Naturales: por ejemplo el Sol Artificiales: en general cuerpos en estado incandescente como el filamento de ampolletas Cuerpos iluminados o fuentes secundarias: son los que se hacen visibles al reflejar en forma total o parcial la luz que reciben, por ejemplo la Luna. Existen cuerpos iluminados que no reflejan la luz sino que la absorben totalmente, son los cuerpos negros.

8 Clasificación de los cuerpos según la Óptica B. Desde el punto de vista de la transmisión de la luz, se los clasifica en: Cuerpos transparentes son los que dejan pasar la luz permitiendo en forma nítida los cuerpos ubicados detrás de ellos, por ejemplo el aire, el vidrio, etc. Cuerpos translúcidos son los que dejan pasar la luz sin permitir ver los cuerpos ubicados detrás de ellos, por ejemplo el papel, las telas, etc. Cuerpos opacos son los que no dejan pasar la luz como metales, madera, etc. Entre los cuerpos opacos existen algunos con la cualidad de reflejar casi la totalidad de la luz que reciben, son los cuerpos reflectores.

9 Origen de la luz: Teoría Cuántica El modelo atómico de Niels Bohr, admite la presencia de un núcleo positivo que contiene, prácticamente, toda la masa del átomo, donde se encuentran presentes los protones y los neutrones. Postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico en orbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía: a cada órbita le corresponde un único nivel de energía, es decir, son cuantizadas. Las órbitas más alejadas del núcleo atómico tienen mayores niveles de energía.

10 Origen de la luz: Teoría Cuántica El electrón puede acceder a un nivel de energía superior, para lo cual necesita "absorber" energía. Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón emita la energía absorbida. Por lo tanto, siempre que el electrón se mantenga en la órbita que le corresponde, no gana ni pierde energía. Si un electrón salta de una órbita a otra capta o libera energía en forma de un fotón, que corresponde a un cuanto o paquete de energía la que viene dada por la diferencia de energía entre los orbitales.

11 El espectro electromagnético La luz que percibimos corresponde solo a una pequeña porción de lo que se denomina ondas electromagnéticas las cuales tienen como origen las vibraciones periódicas del campo eléctrico y del campo magnético, las que se propagan perpendicularmente entre sí y que no necesitan de un medio material de propagación.

12 El espectro electromagnético Existe un amplio rango de ondas electromagnéticas o espectro las cuales no pueden ser percibidas por nuestro sentido de la vista que va desde las ondas de radio (10 3 Hz) hasta los rayos gamma (10 22 Hz). El conjunto de ondas electromagnéticas que el hombre es capaz de percibir recibe el nombre de luz visible que va desde los a los Hz aproximadamente.

13 El espectro electromagnético En el extremo menos energético del espectro se encuentran las ondas de radio de unos cuantos khz ( Hz) cuyas longitudes de ondas se encuentran entre 10 a 10 5 m. Le siguen las ondas microondas( Hz) más energéticas que las de radio utilizadas en telecomunicaciones. A continuación se encuentran las ondas infrarrojas ( Hz) las cuales podemos percibir como calor. Luego se encuentra la luz visible para pasar a las ondas ultravioletas ( Hz) producidas por cuerpos muy calientes como las estrellas. Los rayos X ( Hz) utilizados generalmente en medicina por su capacidad de penetrar materiales densos se encuentran casi al otro extremo del espectro, el que finaliza con los rayos gamma ( por sobre los Hz) ) son generados por reacciones nucleares como los que suceden en las estrellas.