la luz

EL MUNDO DE LA PTICANATURALEZA DE LA LUZDepartamento Ciencias Bsicas UDB FsicaUniversidad Tecnolgica Nacional Facultad Regional Rosario Departamento de Ciencias Bsicas - Unidad Docente Bsica Fsica Ctedra: Fsica I

IDEAS PREVIAS SOBRE LA LUZPitgoras de Samos ( S. VI A.C.) La luz es algo que fluye del propio cuerpo luminoso y que captan nuestros ojos

Plantn ( 429-347 A.C.) La luz es una accin entre algo que emanaba de tres focos: los ojos, el objeto que se ve y el foco que iluminaDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Alhazn ( S. XI D.C.) La visin radica en el cuerpo que se ve y no en el ojo, que es un mero receptor de tal causa

Roberto Hoocke ( 1653-1703)Estudiando los colores de las burbujas y otras lminas delgadas, concluye que la luz es la vibracin rpida de algoDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Cristian Huygens ( 1629-1695) La energa emitida por el cuerpo luminoso se propagaba, an en el vaco, mediante un movimiento ondulatorio. Teora ondulatoria de la luz

Isaac Newton ( 1642- 1727) La luz est compuesta compuesta por pequeas partculas que se propagan en todas direcciones en lnea recta con velocidad finita y que al penetrar el ojo chocan contra la retina, dando origen a sensaciones luminosasDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

El gran prestigio de Newton hizo que la gente de ciencia tomase poco en cuenta la teoraondulatoria de Huygens y se inclinase por la teora corpuscular del gran fsico ingls

Haba en las leyes de la refraccin de estas dos teoras afirmaciones opuestas. Segn la T. ondulatoria la velocidad de la luz en el aire debe ser mayor que en el agua. En cambio la T. corpuscular afirmaba todo lo contrario.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

la decisin qued en manos de quien pudiera medir la velocidad de la luz en distintos medios. Posterior a la muerte de Newton, la teora ondulatoria de la luz, cobra importancia... Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

El fsico francs Fresnel, falla a favor de la teoraondulatoria ( Huygens) al explicar mediante ellael fenmeno de la difraccin de la luz. Hoy lateora se conoce como Huygens-Fresnel El fsico e investigador francs, Foucault logr determinar que la velocidad de la luz en el aire es mayor que en el agua, destronando as, la teora corpuscular de Newton.

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James C. Maxwell ( 1831-1879)En 1873 da a conocer su teora que afirma : laluz es una perturbacin electromagntica, debidoa la superposicin de un campo elctrico y unomagntico, perpendiculares entre si, propagndose en el vaco en forma de ondas y con velocidad constante.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Heinrinch Hertz ( 1857- 1894)Al producir ondas electromagnticas en un circuito elctrico, demostr que ellas poseen las mismas caractersticas de la luz .


Con todas las experiencias realizadas, durante el siglo XIX, se considera correcta la teora ondulatoria de la luz.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Albert Einstein ( 1879-1955)En 1905 sorprende al mundo cientfico, que hacevolver a considerar la teora corpuscular de Newton. El clebre fenmeno estudiado por Einstein se llama EFECTO FOTELCTRICO.Para explicar este fenmeno, supuso que la energa de una radiacin luminosa viaja en pequeos paquetes de energa que llam FOTONES. Con esto afirmaba la naturaleza corpuscular de la luz.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Louis de Broglie ( 1892-? )Este fsico, iniciador de la mecnica ondulatoria, por razonamientos abstractos y sutiles, concluye en1924 que el concepto de corpsculo es inseparable del concepto de onda. Imagin que todo corpsculo que se desplaza en el espacio va acompaado de una onda, cuyo papel es el de guiar al corpsculo. Los fotones son los que transportan la energa de la radiacin luminosa.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Hoy, se acepta el comportamiento Dual de la luz. Esta doble naturaleza se manifiesta en que la luz se propaga en forma de onda y en su interaccin con la materia, por ejemplo en la absorcin y emisin, se comporta como corpsculoDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

ORIGEN DE LA LUZLa luz natural tiene su origen en las reacciones nucleares que se producen en el interior de los astros.La luz artificial tiene su origen en cuerpos incandescentes que emiten energa mediante radiacin

POSTULADOS DE LA LUZ1.- La luz se propaga en forma rectilnea

2.- La luz puede ir y volver por el mismo camino ( reversibilidad de los caminos pticos)

3.- La luz presenta las mismas caractersticas en un medio homogneo e isotrpico


PROPAGACIN RECTILNEA Como consecuencia de la propagacin rectilnea de la luz se puede observar diversos fenmenos tales como:Eclipse de solEclipse de lunaDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

REVERSIBILIDAD DE LA LUZLa reflexin que se produce en un espejo al mirarnos perpendicularmente a l, muestra la reversibilidad de los caminos pticos.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

LOS CUERPOS DESDE LA PTICALUMINOSOSILUMINADOSLos que generan luz propia No generan luz por si mismoSolmaderaSegn capacidad para generar luzDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Luminoso artificialLuminoso naturalDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

LOS CUERPOS DESDE LA PTICASegn capacidad para dejar pasar luzOPACOSTRANSPARENTESTRANSLCIDOSNo dejan pasar la luzPasa parte de la luzPasa casi toda la luzDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

LUMINOSOSARTIFICIALESNATURALESDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

CLASIFICACIN DE LOS FENMENOS PTICOS Segn las propiedades conocidas de la luz, que se manifiestan en los diversos experimentos, la ptica ( parte de la fsica que estudia lo relacionado con la luz) puede clasificarse en:PTICAGEOMTRICAFSICACUNTICADepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

GEOMTRICAREFLEXINREFRACCINDISPERSINDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

FSICAINTERFERENCIA POLARIZACINDIFRACCINDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

CUNTICAEFECTO COMPTONEFECTO FOTOELCTRICODepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

FENOMENOLOGA DE LA LUZReflexinRefraccinDispersinDifraccinInterferenciaPolarizacinDoppler Es claro que dependiendo del tipo de ptica que se estudie , los fenmenos relacionados con la luz pueden ser : Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

REFLEXIN REGULAROcurre en superficie pulimentada, y se cumple que ngulo incidencia igual al ngulo reflexin. Ambos rayos, la normal y la superficie estn en mismo plano. Como consecuencia directa de este fenmeno es la imagen en los espejos planos y curvos (cncavo y convexo)


IMGENES EN ESPEJOS PLANOSPara construir imgenes en los espejos planos se utilizan los llamados rayos notables que cumplen con ciertas caractersticas fcil de reconocer. Los ms usados para un espejo plano es: El que incide en cualquier punto del espejo formando un ngulo determinado.

El rayo se devuelve por el mismocamino. (reversibilidad de los caminos pticos)Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

IMGENES EN ESPEJOS PLANOSPara obtener las caractersticas de la imagen se dibujan al menos dos rayos notables emergentes desde un mismo punto del objeto. Estos rayos despus de reflejarse deben interceptarse. Si los rayos reflejados no se interceptan, se deben prolongar y encontrar entonces el punto donde se cruzan.CARACTERSTICAS DE LA IMAGENImagen virtualDerecha Igual tamaoDetrs del espejoMisma distancia que el objetorespecto del espejoDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

IMGENES EN ESPEJOS CURVOS: Elementos principales Identificaremos algunos elementos de un espejo curvo que son necesarios para la construccin de la imagen. En todo espejo curvo encontramos en general los siguientes elementos fundamentales: El eje ptico, el centro ( C ) y el foco ( F ). Cuando el espejo ha sido bien construido el foco se encuentra en el punto medio de la distancia focal.Eje pticoEspejo cncavoSuperficiereflectanteSuperficiereflectanteEspejo convexoEje pticoVVCCFFDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

IMGENES EN ESPEJOS CURVOS: Algunos rayos notablesDe las diversos rayos notables que existen, basta con usar dos de ellos. En este caso se muestra el rayo que incide sobre el vrtice. Ntese que los rayos se reflejan respetando la reflexin regular ( i = r)Eje pticoEje pticoVVDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Eje pticoVCFEje pticoVCFFCEl otro rayo notable es el que viaja paralelo al eje ptico se refleja pasando el mismo o su prolongacin por el foco principal. Ntese que para el espejo convexo ha debido prolongarse el rayo reflejado en direccin del foco.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

CONSTRUCCIN IMGENES EN ESPEJOS CURVOS: Cncavos y convexosPara lograr ubicar la imagen de un objeto, se busca la interseccin de los rayos reflejados, o de la prolongacin de ellos. En los espejos curvos, a diferencia del espejo plano, las imgenes presentan caractersticas determinadas dependiendo de la ubicacin del objeto.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

IMGENES EN ESPEJOS CURVOS: cncavos y convexosOBJETO DELANTE DEL CENTROEje pticoVCFImagen invertidaMenor tamaoRealDelante del espejoEje pticoVCFFCImagen derechaMenor tamaoVirtualDetrs del espejo


IMGENES EN ESPEJOS CURVOS: cncavos y convexosOBJETO EN EL CENTROEje pticoVCFNo hay ImagenEje pticoVCFFCImagen derechaMenor tamaoVirtualDetrs del espejo

En el espejo convexo la imagen siempre es derecha, detrs del espejo virtual y menor tamaoDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

IMGENES EN ESPEJOS CURVOS: cncavos y convexosOBJETO ENTRE C y F

Eje pticoVCFInvertidaMayor tamaoReal Delante del espejo

Eje pticoVCFOBJETO ENTRE F y VDerechaMayor tamaoVirtualDetrs del espejoDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Toda onda se refracta cuando en su propagacin cambia de medio. Cuando la luz se refracta, modifica su rapidez, y generalmente la direccin. En este fenmeno la frecuencia no se ve alterada pero si la longitud de onda. La refraccin de la luz cumple con la llamada ley de Snell.REFRACCIN DE LA LUZDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

NDICE DE REFRACCINDe acuerdo con la ley de Willebord Snell ( 1591-1626) , la rapidez de la luz depende del medio por el cual se propaga. Sabemos que la rapidez mxima de la luz es en el vaco de valor aproximado 300.000 Km/s.El ndice de refraccin nos da cuenta del valor de la rapidez de la luz en cualquier medio en que ella pueda propagarse.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

NDICE DE REFRACCIN ABSOLUTOLa luz alcanza su mxima rapidez en el vaco ( C ). Cuando pasa a otro medio se refracta y modifica su rapidez a otro valor v . Se puede establecer una comparacin de la rapidez de la luz entre esos medios, a travs de un cuociente denominado ndice de refraccin absoluto. Si denominamos como a ese ndice se obtiene:Es magnitud adimensionalDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

NDICE DE REFACCIN RELATIVOEs la comparacin de la rapidez de la luz entre dos medios distintos del vaco. Si 1= c/v1 es el ndice absoluto del medio 1 y 2 = c/v2 del otro medio se obtiene que:Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

REFRACCIN DE LA LUZ: La ley de SnellSe puede demostrar geomtricamente que el ngulo de incidencia y el de refraccin estn relacionados a travs de los valores de los ndices de refraccin absolutos de los mismos. Esta ley se conoce como la ley de Snell, cuya expresin matemtica es:


REFRACCIN DE LA LUZ: La ley de SnellTambin suele escribirse en funcin da las rapideces que lleva la luz en los medios en cuestin


ALGUNOS NDICES ABSOLUTOS DE REFRACCIN Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

EJEMPLO1.- Se hizo pasar luz por un material desconocido. La luz que inicialmente se propagaba en el aire incidi con un ngulo de 30 y se refract con ngulo de 19. Determinar:a) ndice de refraccin del materialAplicando la ley de Snell, se tiene que:n1 sen 1= n2 sen 21 sen 30 = n2 sen 19n2 = 1,535


b) Rapidez de propagacin de la luz en ese medioPara determinar la rapidez de la luz en ese medio aplicamos la ecuacin = c/v.1,535 = 300.000 / vV = 195.439,7 km/s


POSIBILIDADES DE REFRACCINA partir de la ley de Snell se puede predecir la forma en que debe refractarse la luz. Esto depender de los valores de los ndices de refraccin absolutos de los medios y del ngulo de incidencia. En general, si no incide perpendicularmente se tiene dos posibilidades:1< 21> 2Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

UN CASO ESPECIAL DE REFRACCIN DE LA LUZUn caso especial es cuando el ngulo de incidencia es 90. En tal caso el rayo transmitido no sufre desviacin, pero si modifica su rapidez y longitud de onda.

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NDICE DE REFRACCIN Y LONGITUD DE ONDADe la definicin de ndice de refraccin relativo podemos determinar una relacin matemtica entre la longitud de onda y los respectivos ndices de refraccin de los medios. Como 1/ 2 = v2 / v1 se cumple que: 1/ 2 = 2f / 1f 1/2 = 2 / 1


PERCEPCIN DE LAPROFUNDIDADCuando la luz se refracta, puede ocasionar fenmenos que se relacin con la posicin aparente de las cosas. Un objeto sumergido en el fondo de un estanque, es visto en la posicin P por un observador O ubicado una cierta distancia de l.


Anlisis matemticodados12tan 1 = s / da y tan 2 = s / do da tan 1 = d0 tan 2da = (tan 2 / tan 1) doSi consideramos la refraccin para ngulos pequeos ( 15), el cos 1. Luego tan = sen / cos sen. As la expresin para da queda : da= ( sen2 / sen 1 ) do . .Aplicando la ley de Snell se cumple que:sen2 / sen 1= 2 / 1 , o sea, sen2 / sen 1= 1 / 1.Finalmente y reemplazando se tiene que: 21da = do / n1n1n2Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

REFLEXIN TOTAL INTERNACuando un haz luminoso incide de un medio de ndice 1 a otro con ndice 2 tal que 1> 2 el rayo refractado se aleja de la normal. Si el ngulo de incidencia aumenta, tambin lo hace el de refraccin, de modo tal que se cumpla la ley de Snell ( 1sen1= 2 sen 2)

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REFLEXIN TOTAL INTERNALa situacin se hace crtica cuando el ngulo de incidencia es tal que el ngulo de refraccin es 90. En la figura representa el ngulo crtico para dos medios cualesquiera. Aplicando la ley de Snell es fcil demostrar que el ngulo crtico para un par de medio es:

= arc sen 2 / 1Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

REFLEXIN TOTAL INTERNASi el ngulo de incidencia es mayor que el ngulo crtico entonces el haz, en vez de refractarse, se refleja sobre su misma superficie. Este fenmeno se conoce como reflexin total interna.

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REFLEXIN, REFRACCIN y TRANSMISIN: fenmenos muy comunesEl fenmeno de la refraccin generalmente est acompaado de otros fenmenos observables. Uno de ellos se refiere a que parte de la luz incidente es reflejada por el medio respectivo. As, del 100% de la energa que incide parte es devuelta al medio de procedencia. La porcin reflejada depender de las caractersticas del medio transparente.

LENTES: Instrumentos de grandes usos tecnolgicosSon cuerpos que permiten el paso de la luz y que producto de la refraccin de ella, permiten obtener imgenes con ciertas caractersticas dependiendo del tipo de lente que se use. As, las lentes pueden clasificarse en: convergentes y divergentes.

Lente divergenteLente convergenteLos rayos refractados se separanLos rayos refractados se renenDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

ELEMENTOS PRINCIPALES de las lentesEn toda lente podemos distinguir los siguientes elementos principales: Dos centros de curvatura ( C ), dos radios de curvatura ( r) , un eje principal, dos focos ( F ), y un centro ptico ( O ).

FFFFDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

TIPOS DE LENTES de acuerdo a su convergencia o divergenciaDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

TIPOS DE LENTESde acuerdo a su convergencia o divergenciaDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

CONSTRUCCIN DE IMGENESlentes convergente y divergenteAqu se distinguen los siguientes: Aquel que viaja paralelo al eje y se refracta pasando por el foco, el incide sobre el centro sin sufrir desviacin, el que pasa por el foco y se refracta paralelo al eje. Con dos de ellos es suficiente para construir la imagenDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

CONSTRUCCIN DE IMGENESlentes convergente Objeto entre el infinito y dos veces la distancia focalImagen real-invertida-igual tamao Objeto entre dos veces la distancia focal y la distancia focalImagen real-invertida-mayor tamaoDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

CONSTRUCCIN DE IMGENESen lentes convergenteObjeto est sobre el foco:No se obtiene imagen. Objeto entre el foco y el lente:Imagen virtualderecha- mayor.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

CONSTRUCCIN DE IMGENESlentes divergentesObjeto entre infinito y centroImagen siempre virtual, derecha y menor.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

REFRACCIN EN PRISMASDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

PRISMA DE CARAS PARALELASEn el prisma el rayo incide con un ngulo 1 y se transmite al medio respectivo con ngulo de refraccin 2 . Si n1y n2 son los respectivos ndices absolutos se cumple que: n1sen1= n2 sen2 n1>n212Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

De igual modo, cuando el rayo emerge del prisma se cumple que n2sen3= n1 sen4 12342 = 3n1sen1= n2 sen2n2sen3= n1 sen4n1sen1 = n1 sen4Luego 1 = 4PRISMA DE CARAS PARALELASDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

PRISMA DE CARAS NO PARALELASEn este caso, el rayo emergente no es paralelo al incidente. Esto puede demostrarse fcilmente aplicando nuevamente la ley de Snell.1234n1sen1= n2sen2n2sen3= n1sen4Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

CASOS ESPECIALESUn prisma issceles rectangular puede utilizarse para reflejar luz.Como el ngulo crtico del vidrio es menor de 45 se cumple que para ngulos un poco mayor se lleva a cabo la reflexin total interna.90Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

n1sen1= n2sen2Si el rayo incide con un ngulo tal que el rayo refractado se propaga paralelo a la base del prisma, entonces el rayo emerge del mismo con un ngulo de igual medida que el ngulo con que incide.n2sen3= n2sen41= 4Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

DISPERSINCuando la luz blanca se dirige desde el aire a otro medio transparente , se observa que la luz refractada exhibe una gama de colores denominado espectro de luz incidente.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Slo en el vaco la rapidez de la luz ( c ) es constante para cualquier longitud de onda. Pero para medios dispersivos, a cada longitud de onda le corresponde una rapidez determinada.Esas variaciones son pequeas y sern ms evidentes dependiendo de la capacidad dispersiva del medio.DISPERSINDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

Esto lleva a concluir que un mismo medio presenta diferentes ndices de refraccin para cada longitud de onda. Recordemos que =c/v, pero v=f, luego = c/ f. Por eso la luz blanca se dispersa. El diamante, el cristal son muy buenos medios dispersivos

DesviacinDepartamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

En un medio dispersivo, el ndice de refraccin difiere levemente para diferentes longitudes de onda. Para la luz roja que posee la mayor longitud de onda, se tiene el menor ndice de refraccin y por lo tanto es la que menos se desva.Departamento Ciencias Bsicas UDB Fsica

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