Idea Moderna de la Luz

Transcripción

1 Luz Aldo Villalón

2 Newton: es un haz de partículas Huygens: es una onda Debido a la gran fama de Newton su modelo de partículas se acepta hasta el s. XVIII En el s. XIX se acepta el modelo ondulatorio S. XX: tiene propiedades de onda y partícula Luz Radiación (emisión de energía) Onda Electromagnética (perturbación que transmite energía)

3 Idea Moderna de la Luz Maxwell, 1860, describe todas las propiedades del electromagnetismo en 4 ecuaciones. Al combinar estas ecuaciones demuestra que los campos eléctricos y magnéticos se propagan en el espacio. Son observados como ondas que viaja a 300,000 km. s -1 LUZ

4 Naturaleza dual de la LUZ Einstein (1905) propone que a veces la luz se comporta como onda y otras como partícula. Se basó en la observación de que es posible arrancar e - de la superficie de metales con haces de ondas cortas mientras con haces de longitudes más largas esto no ocurría. Propuso la existencia de los fotones, paquetes de energía Fotones de distintas longitudes de onda tienen distintas energías. Si! es la longitud de onda, medida en Å h, constante de Planck, 6.6 x kg m 2 s -1 c, velocidad de la luz en el vacío, km. s -1

5 Así pues: qué es la luz? La luz es una radiación del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos. O dicho de otra manera: La luz es la radiación electromagnética que podemos ver.

6 Spectrum of electromagnetic waves Approximate frequency in Hertz (oscillations per second) Radio waves: 10 4 Micro waves: 10 8 Infrared: Light: red (wavelength = 700nm) orange yellow green (wavelength = 545nm) blue (= 440nm) violet (= 400nm) Ultraviolet: X-rays: Gamma rays: 10 18

7 Rayos de Luz - Compuestos por fotones - Viajan en línea recta - No necesitan un medio para propagarse - Existen medios en los que no hay propagación Se disipan al atravesar un medio - Partículas u ondas? AMBAS!!!

8 Luz como una onda Longitud de onda - distancia desde: - Cima a cima - Valle a valle o desde Frequencia - ciclos/seg

9 Luz como una onda c = 3 x 10 8 m/s C =!" Sustancia Aire Agua Hielo Vidrio Diamante Velocidad de la luz km/s km/s km/s km/s km/s

10 Luz como una onda

11 Radiación y energía La mecánica cuántica determina que: E = hf pero f = c/! reemplazando E = hc/! alta f = alta E = corta! baja f = baja E = larga!

12 El espectro electromagnético Wavelength (m) Frequency (Hz) Energy (ev) Radio 3 1 x x 10-7 Microwave 2 x x x 10-5 Infrared 4 x x x 10-3 Visible 5 x x Ultraviolet 1 x x X-ray 8 x x x 10 4 Gamma-ray 2.5 x x x 10 5

13 Opacos: no dejan pasar la luz. -Absorción (colores de objetos húmedos o mojados) -Reflexión Traslúcidos : no dejan ver bien las imágenes. Transparentes: se ve con toda nitidez.

14 Luz Reflexión Refracción Reflexión total Difracción Interferencia Polarización

15 Reflexión Una partícula que choca elásticamente con una pared se refleja Las ondas también se reflejan - ángulo de reflexión = ángulo de incidencia

16 Reflexión de la luz: leyes 1.El ángulo de reflexión es igual al de incidencia 2. El rayo reflejado, la normal y el incidente están en el mismo plano

17 Reflexión difusa

18 Índice de Refracción Cuando la luz pasa de un material a otro cambia de dirección: refracción Depende de las propiedades ópticas de los dos medios --> caracterizadas por su índice de refracción: n n es un número: n=1 para el vacío, n=1.33 agua, n=2.42 diamante, n= vídrio. El índice de refracción define la velocidad de la luz en el medio v=c/n Conceptos geométricos: -rayo incidente -rayo refractado -normal en el punto de incidencia -ángulo incidente -ángulo refractado

19 Las leyes de la refracción de Snell Si la luz viaja del material 1 con índice de refracción n 1 al material 2 con índice de refracción n 2, las siguientes leyes determinan la dirección del rayo refractado: El rayo incidente, la normal al punto de incidencia y el rayo refractado están todos en el mismo plano! 1 1 n sen! 1 = n sen! 2! 2 2

20 Refracción Refracción como ondas: - La frecuencia es la misma en los dos materiales - La velocidad de la onda es diferente en los dos materiales v=c/n - Cambia la longitud de ondas - Existe una relación entre el ángulo de incidencia y el de refracción: sin(! = 1 ) n 1 sin(! 2) n 2

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22 Reflexión interna total En la superficie de contacto de dos materiales aparecen la reflexión y la refracción Bajo ciertas condiciones no hay refracción --> La reflexión es total! Sucede cuando la luz pasa a un medio con un índice de refracción menor y el ángulo de incidencia es mayor que un cierto ángulo crítico! 1 1! 2 2

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24 Reflexión total: fibra óptica Guías de luz: son fibras ópticas usadas en comunicación, medicina, ciencia, decoración, fotografía.

25 Dispersión El índice de refracción de un medio depende de la frecuencia del rayo de luz La luz violeta se refracta más que la roja.... Se puede descomponer la luz blanca en sus componentes: prismas, arco irís n viol. > n rojo

26 La Difracción. Sea un frente de ondas recto que viaja en dirección a una ventana o ranura. Qué le sucede a la onda?

27 La Difracción. Continua viajando como se muestra en la figura? La respuesta es no. Lo que le ocurre es...

28 La Difracción. La Difracción depende de la relación entre la longitud de onda (l) y el tamaño (d) de la ventana. Si d >>l, la difracción es poco notoria y... Si d = l, la difracción es muy amplia. d l

29 La Difracción. La onda se abre en los bordes. Esto es la Difracción. " = # / D

30 La Interferencia. Consideremos una onda periódica producida por un generador puntual (A) A Máximos Mínimo

31 La Interferencia. Consideremos consideremos dos generadores puntuales A y B B A Punto en que se suman dos máximos. Punto en que se suman dos mínimos.

32 La Interferencia. B A Puntos en que un máximo y un mínimo se anulan; pero como los frentes de ondas se mueven, no se trata de puntos; sino que...

33 La Interferencia. Se podrá hacer interferencia con luz siguiendo las ideas anteriores?

34 Interferencia + Difracción (T. Young)

35 Interferencia + Difracción (T. Young) Diapositiva Retina

36 Interferencia + Difracción (T. Young) sombra luz sombra

37 Polarización

38 Detección de la luz

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41 Conos Activos ante luz brillante y colores. Hay 3 tipos principales (iodopsina). Segmento externo con forma de cono. Permiten la percepción del color y otorgan agudeza visual

42 Bastones Actividad ante luz tenue. Segmento externo presenta invaginaciones formando discos, los que contienen rodopsina.

43 Espectroscopía Paso de luz a través de un prisma Los elementos químicos tienen una marca particular e individual en el espectro electromagnético

44 Planetary Detection

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46 Muchos físicos creen que entienden que es la luz. Yo he pasado toda mi vida tratando de entenderla y aún no lo logro Albert Einstein