Clase Nº 4 PSU Ciencias: Física. Ondas III Luz. Profesor: Cristian Orcaistegui.

Transcripción

1 Clase Nº 4 PSU Ciencias: Física Ondas III Luz Profesor: Cristian Orcaistegui. c.orcaisteguiv@gmail.com

2 La óptica estudia la naturaleza de la luz, sus fuentes de producción, su propagación y los fenómenos que experimenta y produce.

3 LUZ Naturaleza de la Luz Teoría Corpuscular (Newton, 1666) Teoría Ondulatoria (Huygens, 1668)

4 LUZ Teoría Corpuscular: Según Newton, la luz consistía en un flujo de pequeñísimas partículas o corpúsculos emitidos por las fuentes luminosas que se movían con gran rapidez, logrando atravesar los cuerpos transparentes, permitiéndonos de esta forma ver a través de ellos. En los cuerpos opacos, los corpúsculos rebotaban, por lo cual no se podía observar lo que había detrás de ellos. Sin embargo, experiencias realizadas posteriormente demostraron que esta teoría no explicaba en su totalidad la naturaleza de la luz.

5 LUZ Teoría Ondulatoria: Huygens postulaba que la luz emitida por una fuente estaba formada por ondas, al igual que los cuerpos sonoros. Las ondas corresponden al movimiento específico que sigue la luz al propagarse. Esta teoría puso de manifiesto que su poder explicativo era mejor que el de la teoría de Newton, lo que llevó a descartar definitivamente, en el siglo XIX, la creencia de que la luz estaba formada por partículas.

6 LUZ Naturaleza de la Luz Maxwell (1873): La luz está constituída por ondas transversales de naturaleza electromagnética provocada por alteraciones del campo eléctrico y magnético de los átomos de los cuerpos luminosos. Max Planck (Teoría cuántica):el modelo de cuantización supone que la energía de una onda luminosa está presente en partículas llamadas fotones; por tanto, se dice que la energía está cuantizada.

7 LUZ Aunque durante el siglo XIX se había aceptado definitivamente la naturaleza ondulatoria de la luz, experiencias realizadas a principios del siglo XX demostraron que la luz es a la vez onda y corpúsculo; es decir, se comporta como onda o como partícula.

8 LUZ Para explicar la reflexión, la refracción y la difracción (o sea la propagación) de la luz, hay que imaginarla similar a una onda sonora, con una frecuencia y una longitud de onda. Pero para explicar la emisión y absorción de luz por un átomo, hay que imaginarla como paquetes de partículas (llamados inicialmente cuantos), cada uno de los cuales transporta una cantidad de energía. Hoy día, estos pequeños paquetes de energía se denominan fotones.

9 El modelo atómico cuántico propone que los electrones se disponen en orbitales alrededor del núcleo atómico. Los electrones de esa manera poseen una energía característica, que aumenta si más alejados se encuentran del núcleo. LUZ

10 LUZ Al pasar de una órbita a otra de menos energía hay una diferencia que se traduce en un fotón de luz, es decir, una cierta cantidad de energía convertida en luz. Si el átomo recibe una cierta cantidad de energía, el electrón salta a una órbita superior; cuando la energía recibida por el átomo es mucha, el electrón puede escapar de su ligazón al núcleo. Si esa energía recibida es luz, se observará una absorción de luz por parte del átomo.

11 FENOMENOS DE LUZ Reflexión de la luz Es un fenómeno que experimenta la luz por el cual un rayo luminoso cambia de dirección al incidir sobre una superficie reflectante. a. Reflexión especular Es cuando un haz de rayos paralelos incide en una superficie pulida (que en este caso, además es plana), los rayos que se reflejan también son paralelos. El ejemplo más común es la formación de imágenes en un espejo plano.

12 FENOMENOS DE LUZ Reflexión de la luz Es un fenómeno que experimenta la luz por el cual un rayo luminoso cambia de dirección al incidir sobre una superficie reflectante. b. Reflexión difusa Cuando la superficie es rugosa, como una lija de madera, la tierra o un muro, los rayos que inciden paralelos entre sí, se reflejan en diferentes direcciones una vez que llegan a la superficie. En este tipo de reflexión no se consigue generar imágenes.

13 FENOMENOS DE LUZ Refracción Un haz luminoso experimenta refracción si cambia su velocidad o su velocidad y la dirección de propagación simultáneamente al pasar de un medio a otro de distinto índice de refracción absoluto. Rayo incidente Ángulo de incidencia Ángulo de Refracción Normal n 1 n 2 Rayo refractado

14 Ley de Snell La razón entre los senos de los ángulos de incidencia y de refracción es constante para un mismo par de medios Senθ i Senθ R = n 2 n 1 FENOMENOS DE LUZ θ i : ángulo incidente θ R : ángulo refractado n 1 : índice de refracción medio 1 n 2 : índice de refracción medio 2

15 Ley de Snell Por otra parte: FENOMENOS DE LUZ V 1 V 2 = n 2 n 1 Siendo V 1 y V 2 las velocidades de la luz en los medios de índice de refracción n 1 y n 2 Recuerden que al pasar de un medio a otro no varía la frecuencia, sino que varía la longitud de la onda, y al variar la longitud se observa un cambio de velocidad.

16 FENOMENOS DE LUZ Ley de Snell - Si un rayo luminoso, pasa oblicuamente de un medio de menor índice de refracción absoluto a otro de mayor índice de refracción absoluto, se refracta acercándose a la normal. - Si un rayo luminoso pasa oblicuamente de un medio de mayor índice de refracción absoluto a otro de menor índice de refracción absoluto, se refracta alejándose de la normal

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19 FENOMENOS DE LUZ Algunos índices de refracción Aire 1,00029 Agua 1,3 Alcohol etílico 1,36 Glicerina 1,46 Bencina 1,51 Diamante 2,42 Vidrio ordinario 1,50 Cristal 1,60 Hielo 1,31

20 FENOMENOS DE LUZ Ángulo Límite (o crítico): A medida que el ángulo de incidencia se va haciendo más grande, el ángulo de refracción puede llegar a crecer tanto que el rayo refractado emerja por la superficie de separación con un valor de 90. Por lo tanto, el ángulo límite es el ángulo de incidencia para el cual el ángulo de refracción vale 90.

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23 Dispersión: Una propiedad importante del índice de refracción n es que, para un material determinado, el índice varía con la longitud de onda de la luz que pase por el material. FENOMENOS DE LUZ

24 FENOMENOS DE LUZ El ángulo de desviación depende de la longitud de onda. Los rayos que emergen se dispersan en una serie de colores conocida como espectro visible. Newton demostró que cada color tiene un ángulo particular de desviación y que los colores se pueden recombinar para formar la luz blanca original.

25 FENÓMENOS DE LUZ La siguiente tabla nos presenta las longitudes de onda para distintos colores. Para obtener el valor de la frecuencia basta reemplazar en la ecuación anterior el valor de la velocidad de la luz en el vacío. donde λ: longitud de onda, v: velocidad f: frecuencia.

26 FENÓMENOS DE LUZ Espectro electromagnético Se denomina espectro electromagnético al conjunto de ondas electromagnéticas.

27 Tarea Si un objeto azul es iluminado con una luz roja De qué color se verá? Explique. Qué es un espejo convexo y uno cóncavo. Describa ambos y dé dos ejemplos de usos de cada uno. Qué es la miopía y la hipermetropía, cómo se corrigen. Explique y esquematice.

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