Índice. 1. Qué es la luz? Pág.2

Transcripción

1 Página1 TP1 Teoría de la luz Desarrollar una investigación teniendo como base el origen de la luz como fenómeno físico y su comportamiento. Dicho trabajo práctico requiere rigor en los datos técnicos recabados y la confección de gráficas que expliquen el comportamiento de la luz. Trabajo individual. Índice 1. Qué es la luz? Pág.2 2. Definir y graficar: longitud, frecuencia y amplitud de onda Pág Qué es el espectro electromagnético? Pág Definir y graficar el espectro visible Pág Definir y graficar: Luz directa. Reflexión. Índice de reflexión - - Pág. 3 Tipos de reflexión. 6. Definir y graficar: Absorción, transmisión, difusión, difracción - - Pág Definir y graficar: Luz incidente Pág Definir y graficar: Refracción. Ley de Snell Pág. 9

2 Página2 1. La luz es energía (luminosa) que se obtiene a través de la transformación de la energía eléctrica, química, radiactiva- fuentes naturales o creadas por el hombre- etc.; que generalmente es acompañada por energía calórica. Se propaga mediante un movimiento ondulatorio en forma de ondas transversales (perpendiculares a la dirección de propagación), en todas las direcciones del espacio a partir del centro emisor, asimismo en el vacío y sin trasporte de materia. Su estudio, pertenece a la Óptica Geométrica y posee 4 leyes fundamentales: Su propagación es rectilínea Las diversas partes de un haz luminoso son independientes entre si La ley de reflexión La ley de Refracción 2. Longitud de onda: distancia entre dos crestas sucesivas o valles sucesivos de la onda en un medio de propagación dado. Frecuencia: el número de longitudes de onda que se producen en un segundo, dentro de un medio de propagación dado. Amplitud de onda: segmento comprendido entre la posición de equilibrio y la cresta o valle. Nota: Equilibrio es la posición de una partícula determinada, antes de ser alcanzada por una perturbación. Como se puede observar en el Gràfico 1, la Amplitud se ve representada por el segmento A. La Longitud de onda se encuentra simbolizada por la letra griega Lambda. La Frecuencia se puede observar simbolizada con la letra Nu.

3 Página3 3. Se entiende por Espectro Electromagnético a la variación de las frecuencias de ondas electromagnéticas, como se puede observar en el gráfico 2, que se extienden de un máximo de frecuencia (ultravioleta) al mínimo (infrarrojo); y existiendo un espectro medio, al cual el ojo humano puede detectar. 4. Como se mencionó en el punto anterior, el Espectro Visible, es una parte del espectro electromagnético, comprende las ondas entre el violeta y el rojo que son visibles para el ojo humano, (ver Gráfico 2), las frecuencias más altas como el ultravioleta y superiores o más bajas como el infrarrojo son invisibles. También se pueden observar los principales colores que la vista del hombre puede captar -violeta, azul, verde, amarillo, naranja, y rojo- Si colocamos por ejemplo un rayo de luz blanca a través de un prisma, veremos cómo esta se descompone en los colores antes mencionados. 5. Luz directa es aquella que no atraviesa ningún medio antes de llegar al ojo humano, es decir, se dirige desde la fuente de luz hasta la superficie. Por ejemplo, al encender la luz de un cuarto de la casa y ésta hace visibles los objetos que se encuentran delante de nuestros ojos. Como se puede observar en el gráfico 4, la luz proveniente de alguna fuente, natural o artificial, ilumina directamente al objeto X que se encuentre en cualquier superficie opaca.

4 Página4 El fenómeno de Reflexión (Ley de Reflexión 3 Ley de óptica Geométrica) es el que se produce cuando un rayo luminoso incide sobre una superficie pulida y cambia de dirección volviendo al mismo medio, es decir hay una inflexión de la dirección del rayo (parte de la luz vuelve al mismo medio y se refleja en si misma). Cómo se puede observar en el gráfico, el rayo incidente llega a la superficie de separación de dos medios homogéneos, y en el punto de incidencia se separa en otros dos, uno de los cuales vuelve al primer medio (reflejado), formando dos ángulos paralelos (i e i ) El esquema muestra las relaciones geométricas de la reflexión y refracción luminosas: I= ángulo de incidencia I 1 = ángulo de reflexión I 2 = ángulo de refracción N 1 y n 2 = distintas superficies por las incide la luz

5 Página5 Índice o coeficiente de reflexión: se utiliza cuando se consideran medios de distinta continuidad en la propagación de ondas; describe la amplitud intensidad.- de una onda reflejada respecto de la onda incidente. También conocidos como Coeficientes de Fresnel, existen parámetros que permiten medir la relación entre los campos eléctricos transmitido y reflejado cuando una onda experimenta un cambio en las propiedades del medio en que se propaga. Tipos de Reflexión Reflexión especular: sucede cuando todos los rayos que parten de un objeto luminoso y llegan a un espejo plano forman del objeto una sola imagen. Reflexión difusa: también llamada Difusión de la luz, se produce cuando cada rayo que parte de un objeto luminoso se refleja en un plano de superficie no lisa e ilumina cada zona en distintas direcciones. 6. La Absorción es la captación de luz, calor u otro tipo de energía radiante por parte de las moléculas de determinada superficie opaca. La radiación absorbida se convierte en calor, la que no que absorbe es reflejada y sus características cambian. Por ejemplo, cuando la luz solar incide sobre un objeto, suele ocurrir que algunas de sus

6 Página6 longitudes de onda son absorbidas y otras reflejadas. Si el objeto aparece blanco, es porque toda o casi toda la radiación visible es reflejada. En cambio, cuando el objeto presenta un color distinto del blanco, significa que parte de la radiación visible es absorbida, mientras otras longitudes de onda son reflejadas y causan una sensación de color cuando inciden en el ojo. Estos objetos que absorben toda la radiación se los conoce como "cuerpos negros". Transmisión Se produce en cuerpos transparentes, que permiten el pasaje de luz se pueden ver objetos a través de ellos, como se puede observar en el gráfico 7. Puede ocurrir también que la luz incida sobre una superficie translúcida, pero con irregularidades (no lisa) y los rayos se dispersen en múltiples direcciones, y aquí hablamos de transmisión difusa, ya que los rayos luminosos son dispersos en tantas direcciones que la luz producida puede ser vista por cualquiera que se encuentre fuera de la trayectoria directa de la luz original. Si bien en el gráfico se reprodujo un cuadro/portarretratos, podemos imaginar que la superficie del vidrio no es lisa y que ese pequeño porcentaje reflejado, en realidad es mayor y los rayos se dispersan en múltiples direcciones.

7 Página7 Difusión: Se produce cuando la luz se refleja en cuerpos transparentes, pero de superficie rugosa o sin pulimentar. Cómo se explicó en la transmisión (difusa), la luz incide en las irregularidades de la superficie y produce rayos de múltiples direcciones. En esta instancia podemos concluir en que tanto la Absorción, como la Trasmisión y la Difusión se relacionan directamente al comportamiento de los cuerpos frente a la luz visible (si dejan pasar la luz, oscuros o claros o superficies pulidas o rugosas) Difracción Fenómeno que se produce por la propagación no rectilínea de la luz al bordear un obstáculo. Por ejemplo si se hace pasar un haz de luz a través de una rendija; a medida que esta se estrecha parece que se curva, ilumina el borde posterior de la misma y por eso se ilumina una mayor proporción de la pantalla como se puede ver en el gráfico 9.a.

8 Página8 Al fenómeno de Difracción, se le asocia la Interferencia, que ocurre cuando se superponen radiaciones que parten de una misma porción de fuente luminosa, tienen la misma longitud de onda y recorren distintos caminos ópticos. Como se puede observar en el gráfico 9.b, los segmentos AB y CD muestran la diferencia de caminos entre los rayos a y b, y c y d.

9 Página9 Se deduce que como consecuencia del proceso de Difracción puede observarse el fenómeno de Interferencia. 7. Luz Incidente es aquella que incide sobre o a través de un medio. Se puede observar, por ejemplo en el Gráfico 3, el rayo incidente actúa como tal, afectando un medio de propagación de luz. 8. Refracción - 4 Ley fundamental de la Óptica Geométrica Es un fenómeno luminoso que se produce cuando la luz atraviesa dos medios de distinta densidad y distinta refringencia (capacidad de refractar luz). Lo que se modifica es la velocidad del rayo luminoso al pasar de un medio a otro, y como consecuencia también se modifica la dirección del rayo, a mayor cambio de velocidad, mayor es el cambio de dirección, se puede observar en el Gráfico 3, suponiendo que el rayo incidente pasa por dos medios distintos, por un lado el aire (n 1 ) y por el otro, agua (n 2 ). A su vez, la Ley de Refracción posee dos leyes: El rayo incidente, el refractado y la recta normal en el punto de incidencia pertenecen al mismo plano. Existe un Índice de Refracción que consiste en el cambio de velocidad de la luz al propagarse en un medio homogéneo. Para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación de dos medios de propagación, con índice de refracción distinto, se utiliza la Ley de Snell: Siendo: n 1 sen i = n 2 sen i 2. Establece que el producto del Índice de Refracción por el seno del ángulo de incidencia, es constante para cualquier rayo de luz que incida sobre la superficie de separación de dos medios. Implica que las trayectorias de los rayos de luz son reversibles, es decirsi un rayo incidente sobre la superficie de separación con un ángulo de incidencia i se refracta sobre el medio con un ángulo de refracción i 2 entonces un rayo incidente en la dirección opuesta desde el medio 2 con un ángulo de incidencia i 2 se refracta sobre el medio 1 con un ángulo i 1.

10 Página10 Luego de lo investigado y expuesto anteriormente, podemo concluir en que la Luz obtiene mediante la transformación de energía proveniente de fuentes naturales o artificiales y generalmente es acompañada por energía calórica. Posee 4 leyes fundamentales entre las que se destacan la Ley de Reflexión (un rayo luminoso incide sobre una superfície pulida y cambia de dirección volviendo al mismo medio) y la Ley de Refracción (la luz atraviesa dos medios de distinta densidad y distinta refrigencia). Según cómo se comportan los cuerpos frente a la luz visible se los clasifica en tres grandes grupos: si dejan pasar luz sean claros u oscuros sean supefícies pulidas o rugosas, Dependiendo de ellos se puede producir transmisión, absorción, difusiónn o difracción de luz. Existe un espectro electromágnetico en el que se encuentran las ondas más altas y las más bajas y entre las cuales se hallan las que el ojo humano puede captar ( espectro visible - colores violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo).

11 Página11 Fuentes: Depau, Cramen; Tonelli Lidia; Cavalchino, Adelba; Física 5; 1ª Edición; Ciudad Autónoma de Bs. As; Editorial Plus Ultra; Año 1993; Óptica, Optica Geométrica, Refracción de la luz, Optica Física. Fernández, José; Galloni Ernesto; Física Elemental Tomo II; 6ª Edición; Ciudad Autónoma de Bs. As; Editorial Nigar S.R.L; Año 1954; Fundamentos de la Óptica, Fotometría, Reflexión de la Luz, Refracción Prismas, Dispersión de la luz por el prisma. Física y Química; 1ª Edición; Barcelona, España; Editorial Oceano; Año 1999;Optica, Lentes y Refracción de la luz. Millerson, Gerald; Iluminación para Televisión y Cine; Madrid; Instituto Oficial de Radio Televisión Española; Año 1991.