- Teoría Corpuscular:

Transcripción

1 1. Realizar un escrito acerca de las diversas teorías científicas sobre la actuación de luz, una descripción cronológica de estas teorías, pudiendo ser éste, un grafico en forma de línea de tiempo. Incluir fechas y autores influyentes en el pensamiento y demostración de leyes de reflexión, absorción, difracción, refracción y dispersión; teorías ondulatoria, corpuscular, electromagnética y cuántica; ideas sobre la trayectoria de la luz y la visión humana. - Teoría Corpuscular: Esta teoría proviene de Newton ( ) que supone que la luz está formada por partículas materiales, que llamó corpúsculos que son lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. Permite explicar fenómenos como: - La propagación rectilínea de la luz en el medio, ya que los focos luminosos emitirían minúsculas partículas que se propagan en todas direcciones y que al chocar con nuestros ojos, producen la sensación luminosa. - La reflexión - La refracción Figura 10.3.a: Explicación corpuscular de la reflexión de la luz. En la colisión elástica con la superficie, la componente Px del momento lineal no varía, mientras que la componente Py cambia de signo debido a la gran diferencia de masas. Las partículas rebotan. Newton supuso que los corpúsculos eran muy pequeños en comparación con la materia y que se propagan sin rozamiento por el medio. Teniendo en cuenta esto, los corpúsculos chocaban elásticamente contra la superficie de separación entre dos medios. Como la diferencia de masas es muy grande los corpúsculos rebotaban, de modo que la componente horizontal de la cantidad de movimiento px se mantiene constante mientras que la componente normal py cambia de sentido. Se cumplía la ley de la reflexión, el ángulo de incidencia y de reflexión eran iguales. En la refracción, al pasar la luz de propagarse por aire a hacerlo por agua, los corpúsculos atraídos, por el agua, eran acelerados al entrar en ella. Por tanto py aumentaba y los corpúsculos variaban su dirección de propagación acercándose a la normal. Según esto, la velocidad de propagación de la luz en agua es mayor que en el aire. ( como ya hemos visto por Huygens, ocurre lo contrario, si se disminuye se acerca a la normal). Esto podía permitir distinguir una y otra teoría. Por ultimo también consideraba que los diferentes colores que formaban la luz blanca se deben a diferentes tipos de corpúsculos, cada uno responsable de un color. Con esta teoría no podían abordarse fenómenos como la difracción de la luz.

2 Figura 10.4.a: Explicación corpuscular de la refracción. Esta interpretación conduce al resultado de que la velocidad de propagación de la luz debe ser mayor por el agua que por el aire. - Teoría cuántica: La teoría cuántica fue primeramente introducida por Planck, en Planck dedujo la hipótesis de la discontinuidad de la energía y en el año de 1900 Planck descubre los cuantos y formula la teoría que lo haría famoso, y que daría nacimiento a un campo desconocido hasta entonces, la Mecánica Cuántica, la cual da una nueva y muy especial forma de ver los fenómenos físicos. Gracias a sus esfuerzos, y muy merecidamente, Planck recibió el premio Nobel de Física en Max Planck muere el 4 de octubre de Planck retomó la teoría defendida hace tiempo por Newton, la cual en ese entonces ya no tenía validez alguna. Newton consideraba a la luz como un haz de corpúsculos que se propagaban en línea recta, al aparecer la teoría ondulatoria de Huygens (1678), la teoría de los corpúsculos de Newton se vio destruida, pero era retomada nuevamente por Planck en La teoría cuántica básicamente nos dice que la luz no llega de una manera continua, sino que está compuesta por pequeños paquetes de energía, a los que llamamos cuantos. Estos cuantos de energía se llaman fotones. Toda luz que nos llega viene por pequeños paquetes, no es continua. Los fotones son las partículas fundamentales de la luz, así como los electrones son las partículas fundamentales de la materia, esta analogía es la que sirvió para realizar el descubrimiento del carácter cuántico de la luz. Por esta misma analogía, años después, de Broglie desarrolló la teoría que formula que la materia también tiene un carácter ondulatorio. La carga eléctrica y la energía tienen una estructura granular (está formada por cuantos), al igual que la materia. La teoría cuántica ha servido para demostrar los fenómenos que no se pudieron explicar con la teoría ondulatoria de la luz, pero hay fenómenos que no pueden ser explicados con la teoría cuántica, y además hay ciertos fenómenos que pueden ser explicados por ambas teorías.

3 - Teoría ondulatoria: La luz se propaga por el movimiento ondulatorio de las ondas. Este estudio surgió de Huyghens hacia el siglo XVII. Más tarde Young recogió a principios del siglo XIX, el estudio hecho por Huyghens y tiempo después fue desarrollado por Fresnel y Maxwell. Éste, precisando la noción de onda transversal, la consideró como una deformación electromagnética. Se pueden explicar de esta manera los fenómenos de difracción, interferencia y polarización. Según la teoría electromagnética, la onda luminosa se encuentra representada en cada punto de su esfera de emisión, por un plano perpendicular a la dirección de propagación. En este plano se encuentran dos vectores oscilantes perpendiculares entre sí, uno eléctrico y el otro magnético. Es otras palabras definimos una radiación como la variación periódica en el espacio, en un campo magnético. - Teoría electromagnética: En 1864 Maxwell obtuvo una serie de ecuaciones fundamentales del electromagnetismo y predijo la existencia de ondas electromagnéticas. Maxwell supuso que la luz representaba una pequeña porción del espectro de ondas electromagnéticas. Hertz confirmó experimentalmente la existencia de estas ondas. El estudio de otros fenómenos como la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos puso de manifiesto la impotencia de la teoría ondulatoria para explicarlos. En 1905, basándose en la teoría cuántica de Planck, Einstein explicó el efecto fotoeléctrico por medio de corpúsculos de luz que él llamó fotones. Bohr en 1912 explicó el espectro de emisión del átomo de hidrógeno, utilizando los fotones, y Compton en 1922 el efecto que lleva su nombre apoyándose en la teoría corpuscular de la luz. Apareció un grave estado de incomodidad al encontrar que la luz se comporta como onda electromagnética en los fenómenos de propagación, interferencias y difracción y como corpúsculo en la interacción con la materia. No hay por qué aferrarse a la idea de incompatibilidad entre las ondas y los corpúsculos, se trata de dos aspectos diferentes de la misma cuestión que no solo no se excluyen sino que se complementan. Propiedades de la luz: - La reflexión: Al igual que las ondas sonoras, la luz se refleja cuando incide sobre un medio material. Se distingue dos tipos de reflexión: 1 Reflexión especular: la luz se refleja sobre una superficie pulimentada, como un espejo. 2 Reflexión difusa: la luz se refleja sobre una superficie rugosa y los rayos salen rebotados en todas direcciones.

4 - La absorción: Cuando la luz llega a una superficie u objeto, éste puede absorber toda o parte de esa luz. En el gráfico de abajo vemos como un objeto negro absorbe toda la luz. En el primer gráfico de arriba vimos como el pantalón rojo absorbía el verde y el azul. La luz que se absorbe se convierte en calor. Es, por esta razón, que en general se recomienda durante el verano no usar colores oscuros ya que absorben la mayor parte de la luz y la convierten en calor. Por eso tenemos mas calor si usamos ropa negra que si usamos ropa blanca (refleja toda la luz). - La difracción: La difracción de la luz es la curvatura de las ondas de luz alrededor de un objeto. La cantidad de luz difractada, o que cambia de dirección, depende del tamaño de un objeto. Esto también se aplica a las ondas de luz que pasan a través de una abertura, tal como la apertura de una cámara o a través de la pupila de un ojo. Como las ondas de luz pasan por el borde de un objeto o por una abertura, la luz es difractada o rota en los colores del arco iris. - La refracción: Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico. El fenómeno de la refracción va, en general, acompañado de una reflexión, más o menos débil, producida en la superficie que limita los dos medios transparentes. El haz, al llegar a esa superficie límite, en parte se refleja y en parte se refracta, lo cual implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite. A pesar de esta circunstancia, es posible fijar la atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus características. Las leyes de la refracción: Al igual que las leyes de la reflexión, las de la refracción poseen un fundamento experimental. Junto con los conceptos de rayo incidente, normal y ángulo de incidencia, es necesario considerar ahora el rayo refractado y el ángulo de refracción o ángulo que forma la normal y el rayo refractado.

5 Sean 1 y 2 dos medios transparentes en contacto que son atravesados por un rayo luminoso en el sentido de 1 a 2 y e1 y e2 los ángulos de incidencia y refracción respectivamente. Las leyes que rigen el fenómeno de la refracción pueden, entonces, expresarse en la forma: 1.ª Ley. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano. 2.ª Ley. (ley de Snell) Los senos de los ángulos de incidencia e1 y de refracción e2 son directamente proporcionales a las velocidades de propagación v1 y v2 de la luz en los respectivos medios - La dispersión: Conocemos como luz blanca a la que proviene del Sol. En algunas circunstancias, esa luz se descompone en varias franjas de colores llamadas arco iris. En realidad la luz blanca está formada por toda una gama de longitudes de onda, cada una correspondiente a un color, que van desde el rojo hasta el violeta. Como el índice de refracción de un material depende de la longitud de onda de la radiación incidente, si un rayo de luz blanca incide sobre un prisma óptico, cada radiación simple se refracta con un ángulo diferente. La dispersión de la luz consiste en la separación de la luz en sus colores componentes por efecto de la refracción. Así, las distintas radiaciones que componen la luz blanca emergen separadas del prisma formando una sucesión continua de colores que denominamos espectro de la luz blanca. - Visión humana: Se llama visión a la capacidad de interpretar nuestro entorno gracias a los rayos de luz que alcanzan el ojo. También se entiende por visión toda acción de ver. La visión o sentido de la vista es una de las principales capacidades sensoriales del hombre y de muchos animales. Existen diferentes tipos de métodos para el examen de la visión. El sentido de la vista o visión está asegurado por un órgano receptor, el ojo; una membrana, la retina, estos reciben las impresiones luminosas y las transmite al cerebro por las vías ópticas. El ojo es un órgano par situado en la cavidad orbitaria. Está protegido por los parpados y por la secreción de la glándula lagrimal. Es movilizado por un grupo de músculos extrínsecos comandados por los nervios motores del ojo. El ojo es, el observatorio avanzado del cerebro que comprende el bulbo del ojo y el nervio óptico. Los ojos son sensibles a ondas de radiación electromagnética de longitudes específicas. Estas ondas se registran como la sensación de la luz. Cuando la luz penetra en el ojo, pasa a través de la córnea, la pupila y el cristalino, y llega por último a la retina, donde la energía electromagnética de la luz se convierte en impulsos nerviosos que pueden ser utilizados por el cerebro. Los impulsos abandonan el ojo a través del nervio óptico. La región más sensible del ojo en la visión normal diurna es una pequeña depresión de la retina llamada fóvea en el cual se enfoca la luz que viene del centro del campo visual por campo visual entendemos aquello a lo que mira el sujeto. Puesto que la lente simple convexa invierte la imagen, el campo visual derecho es representado ala izquierda de la retina y el campo inferior representado en lo alto de la retina.

6 El ojo es un sistema óptico muy imperfecto. Las ondas de luz no solo tienen que pasar a través de los humores y el cristalino, después penetrar la red de los vasos sanguíneos y fibras nerviosas antes de que lleguen las células sensibles los bastones y los conos de la retina donde la luz se convierte en impulsos nerviosos. A pesar de estas imperfecciones el ojo funciona muy bien. La fóvea es capaz de percibir un cable telefónico a 400 m de distancia. En buenas condiciones el ojo puede percibir un alambre cuyo grosor no cubre más de 0,5 mm. El ojo es la puerta de entrada por la que ingresan los estímulos luminosos que se transforman en impulsos eléctricos gracias a unas células especializadas de la retina que son los conos y los bastones. El nervio óptico transmite los impulsos eléctricos generados en la retina al cerebro, donde son procesados en la corteza visual. En el cerebro tiene lugar el complicado proceso de la percepción visual gracias al cual somos capaces de percibir la forma de los objetos, identificar distancias y detectar los colores y el movimiento. La lesión de una de las estructuras del sistema visual puede causar ceguera aunque el resto no presente ninguna alteración. En la ceguera cortical ocasionada por una lesión en la región occipital del cerebro, se produce pérdida completa de visión aunque el ojo y el nervio óptico no presentan ninguna anomalía. 2. Anexar un análisis comparativo personal sobre la evolución del pensamiento científico referido a las propiedades de la luz. Extensión mínimo de 25 líneas. Se conoce que el fenómeno de la luz comenzó en el año 600 a. C por medio del filósofo Tales de Mileto que empezó a experimentar con ciertos objetos así produciendo lo que hoy en día conocemos como el fuego, que pertenece al grupo de la luz natural, al igual que el sol. Además de el se encuentran muchos mas con diferentes teorías sobre la luz, y que con el tiempo estas teorías han quedado en el pasado, ya que cada vez vamos avanzando mas y mas en cuanto al estudio de la luz, pero esto no significa que dejen de tener una validez, simplemente que el mundo va evolucionando cada vez más, y con este avanza todo a su misma vez. Luego de Tales de Mileto una de las teorías mas imponentes en su momento fue la de Newton con su teoría Corpuscular, que se produce a través de una doble refracción, produciendo así la luz, después tenemos la teoría Cuántica, que refleja que la luz no viene a nosotros de manera completa y junta, sino que vine separada y en diferentes partes por así decirlo, con esto viene la teoría Ondulatoria, que refleja que la luz es producida a través de ondas, esta teoría pierde validez ya que después aparece la de Newton, pero con el tiempo esta vuelve a ser retomada, y posee una igual importancia en el mundo ahora. Por ultimo tenemos a Maxwell con la teoría Electromagnética, quien demostró a través de las matemáticas la existencia de dos campos magnéticos y eléctricos perpendiculares entre si, reflejando así que la luz eran ondas o radiaciones electromagnéticas. Cada teoría posee diferentes argumentos y explicaciones de cómo se forma la luz, cada una posee una razón y un porque estos personajes plantearon estas teorías y cada uno de diferentes maneras, pero luego todo se logra unir, ya que cada una de ellas no fue mas que un avance a lo que es la luz y como se produce, también así haciendo referencia a lo que es la visión humana y como es percibida la luz ante nuestros ojos. Cada teoría fue un nuevo aporte para el mundo en ese momento que se extiende hasta nuestros tiempos.