Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Común. Ondas III; La luz

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1 Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Común Guía 11 Ondas III; La luz Nombre: Fecha: Naturaleza de la luz 1. Teoría corpuscular: Newton formula que la luz estaba formada por pequenos corpúsculos (partículas) emitidos por los cuerpos luminosos que podrían penetrar las sustancias transparentes (refracción) y reflejarse en las superficies de los cuerpos opacos (reflexión). 2. Teoría ondulatoria: Huygens asumía que la luz estaba fomada por ondas semejantes a las del sonido (longitudinales), explicando en ese entonces (1668) los fenómenos de reflexión, refracción y doble refracción recientemente descubierto, entrando en franca contracción con Newton. Young y Fresnel, enuncian una nueva teoría ondulatoria, la cual enunciaba que la luz estaba formada por ondas transversales y que eran emitidas por los átomos exitados de los cuerpos luminosos, explicándose (1860) los fenómenos de interferencia, difracción y polarización. Maxwell (1873) sostiene que la luz está construida por ondas transversales de naturaleza electromagnética provocada por alteraciones del campo eléctrico y magnético de los átomos de los cuerpos luminosos. Hertz (1887) experimentalmente determinó que las ondas electromagnéticas tienen un comportamiento semejante a las ondas de luz, demostrando además que tenían igual velocidad de propagación en el vacío. 3. Teoría de los Cuanta: propuesta por Max Planck (1900), ante la imposibilidad de explicar un nuevo fenómeno luminoso (efecto fotoeléctrico), teoría explicada por Einstein (1905). Esta teoría considera que la energía transportada por una onda transversal electromagnética no está distribuida en forma continua, sino que en paquetes o corpúsculos energéticos, llamados fotones. 4. Conclusión: La luz presenta naturaleza dual; cuando se propaga (fenómenos de propagación) se comporta como una onda transversal electromagnética; pero cuando interacciona con la materia (procesos de absorción y emisión, entre la luz y materia) presenta carácter corpuscular (fotones). Fenómenos de la luz Reflexión de la luz Hay leyes físicas que describen el fenómeno de reflexión de la luz. Una dice que el ángulo de incidencia de cada rayo luminoso es igual al ángulo de reflexión respecto de la recta norma. La otra establece que tanto el rayo incidente, como el rayo reflejado y la normal están en un mismo plano. Reflexión especular: cuando la luz llega en forma de rayos paralelos incidiendo sobre una superficie plana y muy lisa, los rayos reflejados también son paralelos. Reflexión difusa: si la superficie es rugosa, los rayos reflejados salen en todas las direcciones, porque la normal en diferentes puntos puede ser distinta, produciéndose una reflexión difusa. El principio de Fermat y la ley de la reflexión: establece que un rayo de luz al viajar de un punto a otro, siempre lo hará por el camino que le tome menos tiempo.

2 Refracción de la luz Un haz luminoso experimenta refracción si cambia su velocidad, o la velocidad y dirección de propagación simultáneamente al pasar de un medio a otro de distinto índice de refracción absoluto o refringencia Experimentalemente pueden establecerse las dos leyes siguientes que rigen este proceso: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en un mismo plano. Ley de Snell: La razón entre los senos de los ángulos de incidencia y de refracción es constante para un mismo par de medios. Por otra parte sen θ i sen θ r = n 2 n 1 = constante n 2 n 1 = v 1 v 2 siendo v 1 y v 2 las velocidades de la luz en los medios de índice de refracción n 1 y n 2, respectivamente. Dispersión La mayor parte de los haces luminosos están formados por mezclas de rayos. Físicamente cada rayo corresponde a una longitud de onda distinta. Esto implica que cuando un haz de luz atraviesa de un medio a otro, no todos los rayos serán refractados con el mismo ángulo. Mientras que la velocidad, en el vacío, es la misma para todas las λ, no ocurre lo mismo cuando se está en un medio material; cada rayo tiene una velocidad distinta. Lo anterior se debe a que el medio material presenta un mayor índice de refracción a los rayos con menos longitud de onda y viceversa. Se dirá que un medio produce dispersión cuando presenta esta propiedad. Figura 1: Un rayo de luz blanca siendo dispersado por un prisma.

3 Espectro Electromagnético Se denomina espectro electromagnético al conjunto de ondas electromagnéticas. En la figura se han representado las longitudes de onda en relación al tamaño de cosas que nos son familiares, en alguna medida, y se ha indicado el nombre que tiene cada radiación que, por supuesto, es luz. Espejos Ópticamente, los espejos son superficies pulimentadas, opacas a la luz y que tienen buen poder reflector. Según la forma de su superficie reflectora, los espejos se clasifican en planos y curvos (cóncavos o convexos). 1. Definición de imagen: se dice que un punto P es la imagen de un punto P, cuando un haz luminoso procedente P concurre en P. Si los rayos, que concurren en P son realmente los rayos reflejados, hablamos de imagen real; si los rayos que concurren en P son prolongaciones de los rayos reflajados, se habla de imagen virtual. 2. Espejos planos: en estos espejos, la imagen de un objeto es siempre virtual, del mismo tamaño y simétrica del objeto con respecto al plano del espejo. 3. Espejos angulares: colocando un objeto entre dos espehos que forman entre si un cierto ángulo, se obtienen varias imágenes de dicho objeto, cuyo número aumenta a medida que el ángulo formado va siendo menor. El número de imágenes se puede obtener por medio de la expresión n = 360 α α 4. Espejos esféricos: son aquellos que tienen por superficie reflectora un casquete esférico pulimentado. Se divide en a) Cóncavos o convergentes: si está pulimentada en su parte interior, o sea, si la reflexión se produce en la superficie cóncava. b) Convexos o divergentes: si está pulimentada en su parte exterior, o sea, si la reflexión se produce en la superficie convexa.

4 Un espejo cóncavo o convergente hace converger la luz en un punto focal y es capaz de generar distintos tipos de imágenes: virtuales o reales; más grandes, iguales o más pequeñas que el objeto; y derechas o invertidas respecto de un objeto. Un espejo convexo o divergente,en cambiom dispersa la luz y sólo produce imágenes virtuales, pequeñas y derechas. El campo visual de un espejo convexo es mayor que el de un plano y por ello se usa en los retrovisores, pasillos de supermercados y estacionamientos. Las lentes son cuerpos transparentes limitados al menos por una superficie curva. Según la forma de las superficies que la limitan, las lentes pueden ser convergentes o divergentes. I) Las lentes convergentes se caracterizan por tener su centro más grueso y sus bordes mas estrechos. Esta lentes, para objetos alejados, forman imágenes reales, invertidas y de menos tamaño que los objetos. Para objetos próximos se forman imágenes virtuales, derechas y de mayor tamaño. Las lentes convergentes se utilizan para la corrección de hipermetropía. Las lentes divergentes se caracterizan por tener su centro más angosto y sus extremos mas gruesos. Las imágenes producidas por las lentes divergentes son virtuales y más pequeñas. Estas lentes corrigen la miopía.

5 Ejercicios 1. Tres alumnos, en la sala de estudio, se encuentran conversando de las características de las imágenes que se forman en los espejos cóncavos y planos: Alfredo: En un espejo cóncavo, las imágenes siempre son reales e invertidas. Carlos: En un espejo plano, las imágenes son siempre derechas y reales. Fernando: En un espejo convexo no es posible obtener imágenes reales. En este caso tiene(n) razón en su(s) afirmación(es) A) Alfredo B) Carlos C) Fernando D) Carlos y Fernando E) todos 2. Un objeto se ubica a 1, 8 m de un espejo plano, en estas condiciones la distancia objeto-imagen en cm es A) 360, 0 B) 180, 0 C) 18, 0 D) 3, 6 E) 1, 8 3. El ángulo límite se puede definir como A) es el ángulo de incidencia para el cual el ángulo de refracción tiene un valor de 90 B) es el ángulo de incidencia para el cual el ángulo de reflección tie ne un valor de 90 C) es el ángulo de incidencia para el cual el ángulo de difracción tie ne un valor de 60 D) es el ángulo de refracción para el cual el ángulo de incidencia tie ne un valor de 60 E) es el ángulo de incidencia para el cual el ángulo de refracción tie ne un valor de Con respecto a la velocidad de la luz es correcto afirmar que I) en el vacío su velocidad es constante I cuando viaja en un medio transparente con mayor índice de refracción su velocidad de propagación es mayor su velocidad disminuye si aumenta la densidad del medio transparente por donde se propaga Es(son) verdadera(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo I y III

6 5. Cuando un haz luminoso constituido por todos los colores del espectro se desplaza desde el vacío a un medio homogéneo con mayor índice de refracción, se puede afirmar que I) todo el espectro de colores tendrá igual velocidad en este segundo medio. I el color rojo viajará mas lento que el color azul. el valor de la velocidad dependerá de la longitud de onda de cada color. Es(son) verdadera(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo I y III 6. Con respecto al color que vemos en los cuerpos se puede afirma que A) es una característica intrínseca de cada cuerpo. B) el cuerpo tiene un color cuando, con preferencia, refleja las radiaciones correspondientes a tal color. C) el cuerpo absorbe la radiación del color que vemos. D) el cuerpo deja pasar a través de él el color que vemos. E) ninguna afirmación es correcta. 7. Con respecto a las imágenes formadas en las lentes convergentes se hacen las siguientes afirmaciones: I) Al ubicar un objeto entre el foco de la lente y el infinito su imagen será real y derecha. I Al ubicar un objeto entre el foco y la lente, su imagen será virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto. Al ubicar el objeto justo en el foco de la lente su imagen será virtual, derecha y de manor tamaño que el objeto. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III 8. La luz visible es un onda electromagnética, por lo tanto A) sólo puede viajar a través del aire. B) en todos los medios de propagación tendrá la misma velocidad. C) no puede difractarse. D) puede experimentar efecto doppler. E) tiene mayor longitud de onda que las microondas. 9. Se sabe que la velocidad de la luz en un medio transparente es de m/s y ésta pasa a un medio cuyo índice de refracción es 2, 4 entonces la velocidad de propagación de la luz en este segundo medio, en m/s es A) B) 12, C) 1, D) E) 1,

7 10. Cuando la luz pasa de un medio homogéneo de mayor índice de refracción a otro medio homogéneo de menor índice de refracción es de esperar que A) su velocidad aumente. B) su velocidad permanezca constante. C) su velocidad disminuya. D) su velocidad disminuya y luego aumente. E) nada se puede afirmar. 11. En el fenómeno de difracción, la luz A) pasa de un medio a otro. B) se devuelve al chocar con una superficie. C) se curva al pasar por un orificio. D) cambia su velocidad al pasar de un medio a otro. E) recorre la distancia más corta entre dos puntos. 12. En la figura se observa una imagen, de un objeto colocado delante de un espejo cóncavo, para que la imágente esté ubicada en esa posición, el objeto debió ubicarse A) entre el foco y el centro de curvatura. B) entre el foco y el vértice. C) entre el foco y el infinito. D) en el foco. E) nada se puede afirmar. 13. Al ubicar un objeto delante de una lente convergente es de esperar que su imagen sea A) siempre real e invertida. B) siempre virtual y derecha. C) siempre derecha y real. D) real o virtual, derecha o invertida, de mayor, menor o igual tamaño. E) siempre de mayor tamaño que el objeto. 14. Con respecto a personas que presentan una anomalía en su visión se puede afirmar que I) una persona miope deberá usar lentes divergentes para corregir su visión. I una persona hiperétrope deberá usar lentes convergentes, pues presenta problemas para ver de cerca. a una persona que presenta miopía, las imágenes se le formará delante de su retina. Es(son) verdadera(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) I, II y III

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