clase nº 4 psu ciencias: física
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La óptica estudia la naturaleza de la luz, susfuentes de producción, su propagación y losfenómenos que experimenta y produce.
LUZ
Naturaleza de la Luz
Teoría Corpuscular (Newton, 1666)
Teoría Ondulatoria (Huygens, 1668)
LUZ
Teoría Corpuscular:• Según Newton, la luz consistía en un flujo de
pequeñísimas partículas o corpúsculos emitidospor las fuentes luminosas que se movían con granrapidez, logrando atravesar los cuerpostransparentes, permitiéndonos de esta forma vera través de ellos.
• En los cuerpos opacos, los corpúsculosrebotaban, por lo cual no se podía observar loque había detrás de ellos. Sin embargo,experiencias realizadas posteriormentedemostraron que esta teoría no explicaba en sutotalidad la naturaleza de la luz.
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 poderexplicativo era mejor que el de la teoría deNewton, lo que llevó a descartar definitivamente,en el siglo XIX, la creencia de que la luz estabaformada por partículas.
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 cuantizaciónsupone que la energía de una onda luminosa está presente en partículas llamadas fotones; por tanto, se dice que la energía está cuantizada.
LUZ
Aunque durante el siglo XIX se había aceptadodefinitivamente la naturaleza ondulatoria de la luz,experiencias realizadas a principios del siglo XXdemostraron que la luz es a la vez onda y corpúsculo; esdecir, se comporta como onda o como partícula.
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.
LUZ
El modelo atómico cuánticopropone que los electronesse disponen en orbitalesalrededor del núcleoatómico. Los electrones deesa manera poseen unaenergía característica, queaumenta si más alejados seencuentran del núcleo.
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.
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 especularEs 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.
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 difusaCuando 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.
FENOMENOS DE LUZ
RefracciónUn 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
Normal
n1
n2
Rayo refractado
Ángulo de Refracción
FENOMENOS DE LUZ
Ley de SnellLa razón entre los senos de los ángulos de incidencia y de refracción es constante para un mismo par de medios
𝑆𝑒𝑛𝜃𝑖𝑆𝑒𝑛𝜃𝑅
=𝑛2𝑛1
𝜃i: ángulo incidente𝜃R: ángulo refractadon1: índice de refracción medio 1n2: índice de refracción medio 2
FENOMENOS DE LUZ
Ley de SnellPor otra parte:
𝑉1𝑉2
=𝑛2𝑛1
Siendo V1y V2 las velocidades de la luz en los medios de índice de refracción n1 y n2
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.
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
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
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°.
FENOMENOS DE LUZ
FENOMENOS DE LUZ
FENOMENOS DE LUZ
Dispersión: Una propiedad importante del índice de refracción nes que, para un material determinado, el índice varía con la longitud de onda de la luz que pase por el material.
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.
• 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.
FENÓMENOS DE LUZ
donde λ: longitud de onda, v: velocidadf: frecuencia.
• Espectro electromagnético
• Se denomina espectro electromagnético al conjunto de ondas electromagnéticas.
FENÓMENOS DE LUZ
• 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.
Tarea
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