historia de la luz (1)
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Historia de la Luz
Antigüedad y Edad Media:
-Contexto histórico y filosófico
-Concepción de la luz
Siglo XX:
-Contexto histórico y filosófico
-Concepción de la luz
Siglo XIX:
-Contexto histórico y filosófico
-Concepción de la luz
Edad Moderna:
-Contexto histórico y filosófico
-Concepción de la luz
Edad Antigua
3500 a.C-476 d.C
Grandes Civilizaciones: Babilonia y
Mesopotamia, Egipto, China y Japón, India,
Grecia y Roma, Bárbaros...
Lugares que destacados: Tigris y Eúfrates,
Balcanes, Pen. Itálica, Pen. Arábiga,
Mediterráneo, Nilo...
Características
Abandono de las
pequeñas tribus.
Creación de grandes
ciudades amuralladas.
Son el centro de las
civilizaciones.
Gobierno Central.
Grandes diferencias
sociales.
Predominio del
politeísmo
Influencia de Aristóteles
Define los 5 componentes de todo
lo que existe: tierra, agua, aire,
fuego y éter (cada elemento se
mueve de forma natural, en línea
recta. El fuego hacia arriba, la tierra
hacia abajo...)
Sistema geocéntrico: el Sol gira
alrededor de la Tierra, que es el
centro del Universo
Estas teorías e ideas perduraron
hasta el Renacimiento, y fueron la
base de la ciencia y el conocimiento
hasta entonces
Estudió además metafísica, física,
filosofía, política y zoología
Edad Media (476-
1453/1492) El cristianismo comienza a expandirse con el fin de crear una
Europa estable y unida. San Benito crea el monacato
Europa sufre una serie de oleadas bárbaras procedentes de
oriente entre los siglos III- VI d.C. Estas oleadas convierten la
cultura antigua en un hecho residual
Se da una sociedad estamental basada en el pacto de
vasallaje entre el rey y los señores feudales
Se produce un desarrollo de las fortalezas en detrimento de
las ciudades
Nacen las universidades hacia el s.XIII
Historia de la
luz: Antes del
Renacimiento
Hechos significativos
280 a.C. Euclides describe la reflexión
S II d.C. Ptolomeo crea tablas
experimentales para la refracción
S. X d.C Alhacén plantea que todos los
cuerpos emiten luz
S. XIII d.C Surgen las primeras gafas
Reflexión
La luz se refleja con el
mismo ángulo con el que
incide
Refracción
La luz desvía su trayectoria al cambiar de medio
Todos los cuerpos emiten luz: Alhacénpropone que la visión no consiste en que elojo emita luz sobre las cosas, sino que es laluz de las cosas la que el ojo recoge. Esdecir, la luz es una entidad física separadadel sujeto
Primeras gafas: Dominando cómo unmaterial desvía la luz, se pueden construirlentes que orienten la luz de unadeterminada forma. Así se puedencompensar los defectos del ojo
Consideraciones
últimas¿Son la refracción y la reflexión sucesos
inconexos?
¿Qué propiedades tiene un material para hacer
refractar la luz?
¿Qué propiedades posee la luz para permitir la
refracción y reflexión?
Estas cuestiones se tratan en la sección de los
siglos XV al XVIII
Edad Moderna: Hechos
Debido al bloqueo comercial del Islam desde 1453, surge la
necesidad de encontrar una vía alternativa para conseguir las
materias primas y los bienes de oriente. Por ello, se produce una
gran expansión marítima por parte del Reino de Portugal y la
Monarquía Hispánica, que derivará en el descubrimiento y
conquista de América
1517: Lutero publica sus 95 tesis, que se propagarán
rápidamente debido a la imprenta. Como resultado, se romperá
la unidad de Europa en torno al Catolicismo(Paz de Augsburgo,
1555)
1618-1648: Guerra de los Treinta Años
1654-1715: Reinado de Luis XIV
Edad Moderna: Características
Renacimiento: Es un movimiento cultural basado en el
humanismo, que cambiará la concepción del mundo y provocará
el comienzo de la Edad Moderna. Se venera el arte y la cultura
de Grecia y Roma. El ser humano quiere conocer la naturaleza y
tratar de superarla con sus inventos. Se cuestionan las ideas de
Aristóteles
Antropocentrismo: El hombre se convierte en el protagonista de
la Creación
Nacimiento la monarquía autoritaria y del estado moderno
(afianzamiento de poder del real y nuevas instituciones)
Las transformaciones se hacen sentir en la cultura, política,
sociedad y en la economía. Es también una etapa de
descubrimientos científicos.
Revolución
copernicanaTeoría Heliocéntrica: La Tierra gira alrededor del Sol.
Este planteamiento se debe Nicolas Copérnico, quien
además dispuso los planetas conocidos en su correcto
orden.
Este descubrimiento es un punto de inflexión en la
ambición del hombre por conocer liberado del
dogmatismo de la tradición. Gracias a la imprenta,
estas ideas pudieron expandirse por toda Europa
En las próximas décadas el afán del hombre será
obtener un método fiable con el que conocer la
Naturaleza: el método científico.
Historia de la luz:
Edad Moderna
Hechos significativos
1609: Galileo construye su primer telescopio
1620: Francis Bacon formaliza el método científico
1621: Snell publica su ley sobre la refracción
1675: Røemer realiza un primer cálculo de la
velocidad de la luz
1678: Principio de Huygens
1704: Newton explica la dispersión de la luz
Telescopio
Aunque no es invención
suya, Galileo perfecciona
este instrumento óptico.
Gracias a ello, ofrece una
forma completamente
nueva de estudiar el
Cosmos. Ademas, este
dispositivo despertó un
gran interés la creación de
lentes
Método Científico
El método científico es el
procedimiento riguroso por el
que obtener verdades
científicas. Su fundamento
reside en el experimento. De
esta forma, algo es
científicamente cierto si varios
experimentos idénticos arrojan
las mismas conclusiones.
Ley de SnellEn 1621 Snell obtiene de
forma cuantitativa la
relación entre el ángulo
incidente y el ángulo
refractado. Además, esta
ley no distingue entre
reflexión y refracción. Por
ello, la reflexión es el caso
en el que la refracción es tal
que hace que la luz ni
siquiera cambie de medio,
saliendo con el mismo
ángulo que entra.
Velocidad de la luz
Al estudiar la órbita de Ío, un satélite de Júpiter,
Rømer descubrió que este planeta aparecía más
tarde de lo que predecía la teoría. Para solucionar
este problema, propuso que la luz viaja con una
velocidad finita, concretamente de 220.000 km/s(un
coche en una autopista iría al 0,015% de esa
velocidad)
DispersiónDifracción
¿POR QUÉ?
Principio de Huygens
Para explicar la difracción, Huygens propone que
la luz es una onda, como el sonido o las
ondulaciones en un lago. Por ello, se produce un
nuevo foco de luz cuando ésta encuentra un
obstáculo
Newton y la dispersión
En cambio, Newton argumenta que la luz es un
corpúsculo, la agrupación muchas partículas(una
por cada color). Entonces, el prisma sólo separa
las trayectorias las partículas contenidas en la luz
blanca
Consideraciones
últimasEntonces, ¿es la luz una onda o una
partícula?
¿Por qué la luz viaja a una velocidad
determinada?
¿Necesita la luz un medio material para
propagarse?
El s.XIX tiene bastante que decir sobre estas
cuestiones...
Siglo XIX
A principios de siglo, Napoleón conquista Europa,
expandiendo sus ideas liberales como resultado
Las potencias que destacan son Francia como potencia
terrestre e Inglaterra, como potencia marítima y foco principal
de la revolución industrial
En este siglo se producen numerosas as revoluciones
burguesas que tratan de establecer el régimen liberal en las
potencias absolutistas que faltaban por ser transformadas
Es la época de la revolución industrial y de los avances
científicos y técnicos
Mentalidad:
Positivismo
En primer lugar, el Positivismo se funda en el
poder del hombre, cuya razón es capaz de
dominar el mundo
El positivismo postula que no existe más
conocimiento que el científico. Por ello, la Religión
y la superstición no tienen cabida en este periodo
En tercer lugar, afirma que el progreso científico y
técnico se traducirá, necesariamente, en progreso
humano
Historia de la luz:
Siglo XIX
Hechos significativos
1803: Young realiza el experimento de la doble
rendija
1831: Ley de Ampère
1831/1834: Ley de Faraday-Lenz
1862: Focault mide la velocidad de la luz
1865: Maxwell publica sus leyes del
electromagnetismo
1887: Hertz produce las primeras ondas de radio
Experimento de
Young(I)En 1803, Young pasó luz a través de dos
rendijas, y proyectó esta luz sobre un fondo.
Según la teoría corpuscular, deberían aparecer
dos haces de luz. Sin embargo, Young observó
algo como esto:
Experimento de
Young(II)
¿Por qué sucede esto? Supongamos que la luz es una onda. En
tal caso, por el principio de Huygens, cada rendija formaría una
nueva onda. De esta forma, lo obtenido sería un patrón de
interferencia, donde las zonas oscuras serían puntos en los que
las ondas se anulan, y las zonas iluminadas serían zonas donde
ambas ondas se suman
Desarrollo
electromagnetismo
El experimento de Young fue el punto de inflexión
para estudiar cuantitativamente la luz como onda. De
forma paralela, mientras se desarrollaba la teoría
ondulatoria de la luz, se produjeron varios avances
en el campo de la electricidad y el magnetismo. Son
los siguientes:
Ley de Ampère: En 1831, Ampère postuló la ley
que determina cómo una corriente genera campos
magnéticos
Ley de Faraday-Lenz: En ese mismo año, Faraday
probó que era posible crear corriente a partir de
campos magnéticos. Tres años más tarde, Lenz
determinó matemáticamente la ley que regula la
experiencia de Faraday
Experimento de Focault: Empleando el método de
Fizeau, Focault postuló que la luz viajaba a 300.001
km/s. Este valor es sólo un 0,00034% mayor que el
valor actual(299.792 km/s)
Maxwell
En 1865, Maxwell publicó A Dynamical Theory
of the Electromagnetic Field, donde unificó las
leyes de la electricidad y el magnetismo. Sin
embargo, su trabajo no se limitó a ello.
Maxwell probó a dividir la constante eléctrica y
la constante magnética y obtuvo el siguiente
resultado:
Ke/Km= 9x10^16 m^2/s^2= c^2
Donde "c" es el valor de la velocidad de la luz
obtenido por Focault.
Esto significa que la luz debe cumplir las Leyes
de Maxwell. Por ello, la luz es una onda
electromagnética. De esta forma, el valor de la
velocidad de la luz no es arbitrario, sino
consecuencia necesaria de cómo es la luz
Consecuencias
La luz no necesita de un medio material
para propagarse
La luz es sólo una onda con una
determinada frecuencia(número de
oscilaciones por segundo). Debe existir todo
un espectro de ondas de menor y mayor
frecuencia.
Ondas de Radio: En 1887, Hertz produce
las primeras ondas de radio. La teoría de
Maxwell es correcta
Maxwell abre las puertas del S.XX
Consideraciones
últimas
Si la luz cambia con la frecuencia, ¿cómo
cambia la luz que emite un objeto?
Si la luz es electromagnetismo, ¿se
producirá corriente en al aplicar luz sobre
un metal?
¿Se puede viajar a la velocidad de la luz?
Pero esto es problema del s.XX...
1ª Mitad Siglo XX
1912: Hundimiento del Titanic
1914-1919: Primera Guerra Mundial
1917-1921: Revolución Soviética
1929: Jueves Negro
1939-1945: Segunda Guerra Mundial
Mentalidad 1ª mitad
S.XXEl hombre de principios del siglo XX se muestra
traicionado por el Positivismo, que ha demostrado ser
incapaz de resolver los problemas del hombre
Este proceso culmina en las guerras mundiales, que
ejemplifican el daño que puede causar el avance científico
y tecnológico
Como resultado de estas, el hombre se encontrará a la
deriva, confuso por el daño y la destrucción de su
alrededor. Además, esta época dará lugar a los
totalitarismos, que nacen como respuesta al malestar de
la sociedad
Historia de la luz:
s.XX
Hechos significativos
1900: Max Plank propone la cuantización dela energía
1905: Einstein publica su artículo sobre elEfecto Fotoeléctrico y sobre la RelatividadEspecial
1915: Einstein publica la RelatividadGeneral
1925: Hipótesis de De Broglie
Cuantos de energía
Al tratar la luz de altas frecuencia emitida por cuerpos
calientes, la teoría no concordaba con la experiencia. Para
solucionarlo, Planck propuso que la energía estaba formada
por pequeños paquetes o cuantos. De esta forma, al igual
que los chorros de una fuente, la energía parece un
fenómeno continuo. Sin embargo, realmente está
compuesta por pequeños cuantos, como las gotas que
forman cada chorro.
Efecto fotoeléctrico
Al proyectar luz sobre una placa metálica separada de otra enuna bomba de vacío, se observó que se generaba corriente.Para explicar esto, Einstein recurrió al planteamiento de Plancky propuso que la luz era capaz de arrancar electrones delmetal, lo que provocaría una diferencia de potencial, es decir,corriente.
Relatividad Especial
¿Qué vería si pudiera viajar con un haz de luz? Esta
misma pregunta se hizo Einstein, y observó que este
caso violaba las Leyes de Maxwell. Por ello, decidió
desarrollar una teoría válida para todos los sistemas
de referencia que no sufrieran aceleraciones. Se
basa en sólo dos postulados:
Las leyes de la Física son las mismas para todo
observador
La velocidad de la luz es la misma para todo
observador
A partir de estos dos postulados, Einstein dibujó una nuevaperspectiva de la física, donde el espacio y el tiempo nopueden estudiarse como entidades distintas. Además, comoconsecuencia de los postulados, ningún objeto con masapuede traspasar la velocidad de la luz. Sin embargo, laconsecuencia más famosa es que un objeto posee energía porel mero de hecho de tener masa, concretamente E=mc^2,donde "c" es la velocidad de la luz. Así pues, una pequeñapérdida de masa desencadenará una cantidad enorme deenergía.
Relatividad General
La relatividad especial no funciona para sistemas
acelerados. Por ello, Einstein publicó una versión
generalizada de su trabajo de 1905, donde se
incluyen los efectos gravitatorios. Según esta, los
objetos masivos curvan el espacio-tiempo, por lo
que la luz que los rodea desviará su trayectoria.
Hipótesis de De Broglie
El éxito de las Leyes de Maxwell parecía haber
dado por sentada la naturaleza ondulatoria de la
luz. Sin embargo, gracias a las teorías de
Einstein y de Planck, pensar en la luz como
partículas volvió a cobrar fundamento. Por ello,
para resolver el viejo dilema, De Broglie propuso
que la luz era una onda-partícula, y de ahí que
observemos comportamientos de onda y de
partícula a la vez. Esta concepción será clave
para el desarrollo de la Mecánica Cuántica, que
explica el comportamiento de los transistores,
sin los cuales la informática no sería posible.
Fotografía de la luz como onda-partícula, 2015
Consideraciones
últimasTodo aquello que se ha mostrado aquí ha demostrado
ser de utilidad. No obstante, ¿seguiría siendo interesante
la Ciencia aunque no sirviera para nada?
Si nuestro conocimiento científico cambia
constantemente, ¿se puede determinar que algo es
científicamente cierto?
¿Cómo hace el ser humano para captar y analizar la luz?
¿Nos engaña nuestra percepción del mundo?
Os invitamos a pasar a la sección de experimentos ópticos,
donde se tratarán las preguntas del tercer punto