Propagación de la luz.

Transcripción

1 Propagación de la luz.

2 El espectro electromagnético en la vida diaria

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5 En todas las clases de ondas la velocidad de propagación depende de alguna propiedad física del medio a través del cual la onda se propaga. Los fenómenos de reflexión y refracción son conectados con esta dependencia del medio. Ocurren cuando una onda cruza la superficie de separación de dos medios en los cuales la onda se propaga con diferentes velocidades. La onda reflejada es una nueva onda que se propaga en el mismo medio. La onda refractada es la onda que se transmite al segundo medio. Las fotones son atemporales - luz de las esteras y galaxias.

6 Esparcimiento Rayleigh Cada molécula o átomo se comporta como un pequeño oscilador todos los electrones se impulsan a una vibración en el estado fundamental de estado de otro nivel por el foton que llega. Justo en el momento en que se inicia la vibración la molécula inicia la reemisión de la luz. El foton se absorbe y en el mismo momento se emite otro foton de la misma frecuencia. La luz se esparce elásticamente. Las moléculas están orientadas al azar y fotones se esparcen en todas direcciones.

7 Esparcimiento Rayleigh

8 Las amplitudes de estas vebraciones aumentan can la frecuencia porque todas las moléculas tienen resonancias en el ultravioleta. La luz violeta es fuentamente esparcida lateralmente, después siga luz azul, etc. La intensidad de la luz esparcida es proporcional de (1/λ) 4.

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11 Refracción Qué es la refracción? Cuando la luz pasa de un medio material a otro cambia su dirección; este fenómeno se denomina refracción. La refracción de la luz depende de la relación de sus velocidades en cada medio y del ángulo con que incide

12 Reflexión La reflexión es el cambio en la dirección de un rayo de luz cuando este no logra traspasar la interfaz entre dos medios. Se trata de un fenómeno característico de la propagación por ondas, que se produce cuando un rayo choca contra una superficie formando un ángulo con la normal, llamado ángulo de incidencia, y es rechazado en una dirección dada por el ángulo de reflexión. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie pertenecen al mismo plano. En caso de que el rayo incida perpendicularmente es reflejado en la misma dirección de incidencia. El fenómeno de la reflexión ocurre con la luz visible, con las ondas sonoras, con las microondas, con los rayos X, etc., pero las modalidades con las que se manifiestan son diferentes al variar la longitud de onda de la radiación incidente. Aunque los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, si la superficie es cóncava los distintos rayos tenderán a juntarse mientras que, si es convexa, a separarse. Mediante este principio se construyen los telescopios de reflexión.

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14 Frente de ondas: Puntos del espacio alcanzados por la onda en un tiempo fijo ( se encuentran en la misma fase de vibración de la perturbación). Rayo luminoso: marca la dirección de propagación de la onda y es perpendicular al frente de ondas en un medio isotropico. Un rayo es una línea en la dirección del flujo de energía radiante. Los rayos son paralelos al vector de propagación de la onda k. Índice de Refracción: Cuando la luz pasa de un material a otro cambia de dirección esto se llama refracción. La refracción depende de las propiedades ópticas de los dos medios y se caracterizan por su índice de refracción: n n es un número: n=1 para el vacío, n=1.33 agua, n=2.42 diamante, n= vidrio. El índice de refracción define la velocidad de la luz en el medio v=c/n.

15 Tenemos una onda plana que llega a la superficie de separación entre dos medios de índices de refacción ni y nt. En al mayoría de los casos una parte de la luz que llega se refleja al medio de incidencia y otra se propaga al medio de transmisión. Hay tres tipos de ondas: ondas incidentes; ondas reflejadas y ondas trasmitidas.

16 Se pueden definir tres ángulos: θi, θr, y θt para estas tres tipos de ondas. Se define también plano de incidencia que es normal a la superficie de separacion.

17 Hay tres leyes basicas de la reflexion y de la refraccion: I. Los rayos incidentes reflejadas y trasmitidos todos estan locaslizados en el mismo plano el plano de incidencia. Este plano es normal a la superficie de separacion. II. El angulo de incidencia es igual al angulo de reflexion. Cuando trabajamos con rayos: los angulos se mediran desde la perpendicular a la superficie. θi = θr

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19 Reflexión en superficies rugosas: reflexión difusa Reflexión en superficies suaves: reflexión especular

20 Reflexión es independiente de la frecuencia. La superficie de un medio transparente refleja todas las longitudes de onda en la misma manera.

21 III. La ley de refraccion: los rayos incidentes y transmitidas son relacionadas con ley de Snell: Refraccion

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26 Principio de Huygens Cada punto del frente de ondas puede considerarse como foco emisor de ondas secundarias. El nuevo frente de ondas será la envolvente de estas ondas.

27 Teorema de Malus y Dupin. Se puede escribir en dos formas: Malus: El tiempo que separa puntos correspondientes de dos superficies de onda es el mismo para todos los partes de puntos correspondientes. Modificacion de Dupin: La relacion de ortogolidad entre rayos y superficies de onda se conserva a treaves de todo el proseco de la propagacion de una onda. O Un grupo de rayos preservara su congruencia normal despues de cualquer numero de reflexiones y refracciones.

28 El principio de Fermat. Tambien se llama principio del tiempo minimo. En la forma de Fermat: La traectoria tomada por la luz para ir de un punto S a punto P a traves de una superficie reflectora, era la mas corta posible. En la forma moderna: Cuando un rayo de luz se transmite de un punto S a punto P, deberia recorrer una longitid de camino optico que sera estacionaria con respecto a as variaciones de dicho camino. LCO longitud de camino optico, se define como:

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30 El tratamiento electromagnetico: Las ecuacines de Fresnel. Tenemos una onda de luz incidente plana: La ondas reflejadas y transmitidas se escriben como:

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32 Los amplitudes de las ondas de reflexion y de transmision: Caso I. Cuando E ( campo electrico) es perpendicular al plano de insidencia y que B (campo magnetico) es paralela.

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