Post on 10-Feb-2015
La LuzLa LuzNaturaleza de la luzNaturaleza de la luz
Departamento Ciencias Básicas UDB Física
Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Rosario
Departamento de Ciencias Básicas - Unidad Docente Básica Física
Cátedra: Física I
Introduciendo la luzIntroduciendo la luzRayos de luzRayos de luz - - Se reciben y no se emiten por los Se reciben y no se emiten por los
ojosojos - Viajan en - Viajan en línealínea recta recta - No necesitan un medio para - No necesitan un medio para
propagarsepropagarse - Se disipan al atravesar un medio - Se disipan al atravesar un medio - Existen medios en los - Existen medios en los queque no hay no hay
propagaciónpropagación - ¿Partículas u ondas?- ¿Partículas u ondas?
Fuentes de luz:Fuentes de luz: objetos a altas objetos a altas temperaturas, átomos excitadostemperaturas, átomos excitados
fuente puntualfuente puntual (a) (a) fuente extensafuente extensa (b) (cada punto es un (b) (cada punto es un
emisor) emisor) fuentes directasfuentes directas (reflectores, lásers) (reflectores, lásers)
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¿Qué es la luz?¿Qué es la luz? NewtonNewton: la luz es un haz de: la luz es un haz de partículaspartículas HuygensHuygens: : La luz es unaLa luz es una ondaonda Debido a la gran fama de Newton su Debido a la gran fama de Newton su
modelo de partículas se acepta hasta el modelo de partículas se acepta hasta el siglo XVIIIsiglo XVIII
No se podía aceptar que una onda viajase No se podía aceptar que una onda viajase en le vacío --> ¿Qué es lo que vibra? en le vacío --> ¿Qué es lo que vibra?
En el s. XIX se acepta el modelo En el s. XIX se acepta el modelo ondulatorioondulatorio
S. XX:S. XX: La luz tiene propiedades de onda y La luz tiene propiedades de onda y partículapartícula
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Dualidad Onda-PartículaDualidad Onda-Partícula
OndasOndas Contínuo, no localContínuo, no local Longitud de ondaLongitud de onda FrecuenciaFrecuencia Difracción-Difracción-
interferenciainterferencia Ecuaciones de Ecuaciones de
MaxwellMaxwell
PartículasPartículas Discreto, localizadoDiscreto, localizado Energía Energía MomentoMomento Efecto ComptonEfecto Compton Contador (geiger)Contador (geiger) Mecánica de Mecánica de
NewtonNewton
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Velocidad de la luzVelocidad de la luz Se consideró que tenía velocidad infinitaSe consideró que tenía velocidad infinita Para medir la velocidad de la luz necesitamos:Para medir la velocidad de la luz necesitamos: - fuentes potentes- fuentes potentes - largas distancias - largas distancias - medir intervalos d- medir intervalos de tiempo pequeñose tiempo pequeños Aproximación HippoAproximación Hippolyte Fizeau (1849)lyte Fizeau (1849)
Velocidad en el vacío:Velocidad en el vacío: 299,792,458 m/s (~ 3x10 299,792,458 m/s (~ 3x1088 m/s) m/s) La velocidad es menorLa velocidad es menor en otros medios en otros medios La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal: La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal:
no depende de la velocidad relativa de la fuente y el no depende de la velocidad relativa de la fuente y el observador-> relatividad especial de Einsteinobservador-> relatividad especial de Einstein
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Espectros atómicosEspectros atómicos El modelo de Bohr explica la existencia de espectrosEl modelo de Bohr explica la existencia de espectros Se deben a la excitación del electrón y a la vuelta a Se deben a la excitación del electrón y a la vuelta a
su nivel fundamentalsu nivel fundamental
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Propagación de la luz:Propagación de la luz:
Frente de ondasFrente de ondas: Puntos del espacio alcanzados : Puntos del espacio alcanzados por la onda en un tiempo fijo ( se encuentran en la por la onda en un tiempo fijo ( se encuentran en la misma fase de vibración de la perturbación)misma fase de vibración de la perturbación)
Rayo luminosoRayo luminoso: marca la dirección de propagación : marca la dirección de propagación de la onda y es perpendicular al frente de ondas.de la onda y es perpendicular al frente de ondas.
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Propagación de la luz:Propagación de la luz: Huygens y FermatHuygens y Fermat
Principio de HuygensPrincipio de Huygens: Cada punto del : Cada punto del frente de ondas puede considerarse como frente de ondas puede considerarse como foco emisor de ondas secundarias. El foco emisor de ondas secundarias. El nuevo frente de ondas será la envolvente nuevo frente de ondas será la envolvente de estas ondas. de estas ondas.
Principio de FermatPrincipio de Fermat: Para ir de un punto : Para ir de un punto a otro la luz se propaga por el camino a otro la luz se propaga por el camino óptico de tiempo mínimoóptico de tiempo mínimo
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ReflexiónReflexión
La reflexión de la luz se puede explicar en La reflexión de la luz se puede explicar en un modelo de partículas un modelo de partículas
Una partícula que choca elésticamente Una partícula que choca elésticamente con una pared se refleja - con una pared se refleja -
Las ondas también se reflejanLas ondas también se reflejan
- ángulo de reflexión=ángulo de - ángulo de reflexión=ángulo de incidencia incidencia
La reflexión de la luz La reflexión de la luz
nos indica su naturalezanos indica su naturaleza
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Reflexión de la luzReflexión de la luz
Algunas cosas son visibles porque son fuentes de luzAlgunas cosas son visibles porque son fuentes de luz Otras, reflejan la luzOtras, reflejan la luz Reflexión en superficies rugosas: reflexión difusaReflexión en superficies rugosas: reflexión difusa Reflexión en superfices suaves: reflexión especularReflexión en superfices suaves: reflexión especular Es independiente del color ( frecuencia)Es independiente del color ( frecuencia)
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Reflexión de la luz: Reflexión de la luz: leyesleyes
1.El ángulo de reflexión es igual al de incidencia
2. El rayo reflejado, la normal y el incidente están en el mismo plano
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RefracciónRefracción
Refracción según Newton:Refracción según Newton:
- Las partículas experimentan una fuerza - Las partículas experimentan una fuerza dirigida hacia el materialdirigida hacia el material
- La fuerza perpendicular hace acercarse a - La fuerza perpendicular hace acercarse a las partículas hacia la normallas partículas hacia la normal
- predice una relación entre él ángulo de - predice una relación entre él ángulo de refracción y el de incidenciarefracción y el de incidencia
Refracción como ondasRefracción como ondas: : - La frecuencia es la misma en los dos - La frecuencia es la misma en los dos
materialesmateriales - La velocidad de la onda es diferente en los - La velocidad de la onda es diferente en los
dos materiales v=c/ndos materiales v=c/n - Cambia la longitud de ondas- Cambia la longitud de ondas - Existe una relación entre el ángulo de - Existe una relación entre el ángulo de
incidencia y el de refracción:incidencia y el de refracción:
2211 )sin()sin( nn
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Índice de RefracciónÍndice de Refracción Cuando la luz pasa de un material a otro cambia de Cuando la luz pasa de un material a otro cambia de
dirección: refraccióndirección: refracción Depende de las propiedades ópticas de los dos medios Depende de las propiedades ópticas de los dos medios
--> caracterizadas por su índice de refracción--> caracterizadas por su índice de refracción: n: n n es un número: n=1 para el vacío, n=1.33 agua, n es un número: n=1 para el vacío, n=1.33 agua,
n=2.42 diamante, n=1.5-1.9 vídrio …….n=2.42 diamante, n=1.5-1.9 vídrio ……. El índice de refracción define la velocidad de la luz en El índice de refracción define la velocidad de la luz en
el medio v=c/nel medio v=c/n
Conceptos geométricos:-rayo incidente-rayo refractado-normal en el punto de incidencia-ángulo incidente-ángulo refractado
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Las leyes de la refracción de Las leyes de la refracción de SnellSnell
Si la luz viaja del material 1 con índice de Si la luz viaja del material 1 con índice de refracción nrefracción n1 1 al material 2 con índice de al material 2 con índice de refracción nrefracción n2 2 , las siguientes leyes , las siguientes leyes determinan la dirección del rayo refractado:determinan la dirección del rayo refractado:
2211 )sin()sin( nn
1
2
1
2
El rayo incidente, la normal al punto de incidencia y el rayo refractado están todos en el mismo plano
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Reflexión interna Reflexión interna totaltotal En la superficie de contacto de dos materiales aparecen la reflexión y la En la superficie de contacto de dos materiales aparecen la reflexión y la
refracciónrefracción
Bajo ciertas condiciones no hay refracción --> Bajo ciertas condiciones no hay refracción --> ¡¡La reflexión es total!La reflexión es total! Sucede cuando la luz pasa a un medio con un índice de refracción menor y 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 críticoel ángulo de incidencia es mayor que un cierto ángulo crítico
1
2
1
2
1
2sinn
nc
021 90,12 cnn
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Ejemplos de reflexión Ejemplos de reflexión totaltotal
Refracción AtmosféricaRefracción Atmosférica La atmósfera está hecha con capas de La atmósfera está hecha con capas de
diferente densidad y temperatura diferente densidad y temperatura Tienen diferente índice de refracciónTienen diferente índice de refracción la luz se refractala luz se refracta distorsión de la forma de la Luna o el distorsión de la forma de la Luna o el
Sol en el horizonteSol en el horizonte Posición aparente de las estrellas Posición aparente de las estrellas
diferente de la realdiferente de la real
Si la luz va de capas de índice de Si la luz va de capas de índice de refracción mayor a índice de refracción refracción mayor a índice de refracción menor --> reflexión total: espejismosmenor --> reflexión total: espejismos
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Reflexión total: fibra Reflexión total: fibra ópticaóptica
•Guías de luz: son fibras ópticas usadas en comunicación, medicina, ciencia, decoración, fotografía….
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DispersióDispersiónn
El índice de refracción de un El índice de refracción de un medio depende de la medio depende de la frecuencia del rayo de luz frecuencia del rayo de luz
La luz violeta se refracta más La luz violeta se refracta más que la roja ..….. que la roja ..…..
Se puede descomponer la luz Se puede descomponer la luz blanca en sus componentes: blanca en sus componentes: prismas, arco irís…prismas, arco irís…
rojoviol nn .
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Curiosidades Curiosidades II El cielo es azul porque las El cielo es azul porque las moléculas de aire dispersan moléculas de aire dispersan ( absorben y emiten) las ( absorben y emiten) las longitudes de onda cortas longitudes de onda cortas ( azules y violetas).( azules y violetas).
En el horizonte se ve más En el horizonte se ve más blanco debido a que parte de la blanco debido a que parte de la luz azul se ha ido en otras luz azul se ha ido en otras direcciones.direcciones.
El sol se observa amarillo El sol se observa amarillo porque la atmósfera ha porque la atmósfera ha dispersado los azules y violetas.dispersado los azules y violetas.
En el espacio exterior, sin En el espacio exterior, sin atmósfera, el cielo es negro atmósfera, el cielo es negro ( no hay dispersión) y el sol es ( no hay dispersión) y el sol es blanco ( se ven todas las blanco ( se ven todas las longitudes de onda)longitudes de onda)
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Curiosidades Curiosidades IIII Al atardecer o al amanecer la luz del sol debe hacer Al atardecer o al amanecer la luz del sol debe hacer
un largo recorrido a través de la atmósfera hasta un largo recorrido a través de la atmósfera hasta llegar a nuestros ojosllegar a nuestros ojos gran parte de la luz azul e gran parte de la luz azul e incluso verde se refleja y se dispersaincluso verde se refleja y se dispersa quedan los quedan los tonos naranjas y rojos. Pueden darse otras tonos naranjas y rojos. Pueden darse otras tonalidades si en el aire hay moléculas de agua o tonalidades si en el aire hay moléculas de agua o polvo.polvo.
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