Introduciendo la luz
Rayos de luz
– Se reciben y no se emiten por los ojos
– Viajan en línea recta
– No necesitan un medio para propagarse
– Se disipan al atravesar un medio
– Existen medios en los que no hay propagación
– ¿Partículas u ondas?
Fuentes de luz: objetos a altas temperaturas, átomos excitados
fuente puntual (a)
fuente extensa (b) (cada punto es un emisor)
fuentes directas (reflectores, lásers)
¿Qué es la luz?
Newton: la luz es un haz de partículas
Huygens: La luz es una onda
Debido a la gran fama de Newton su modelo de partículas se acepta hasta el siglo XVIII
No se podía aceptar que una onda viajase en le vacío –> ¿Qué es lo que vibra?
En el s. XIX se acepta el modelo ondulatorio
S. XX: La luz tiene propiedades de onda y partícula
Dualidad Onda-Partícula
Ondas
Contínuo, no local
Longitud de onda
Frecuencia
Difracción-interferencia
Ecuaciones de Maxwell
Partículas
Discreto, localizado
Energía
Momento
Efecto Compton
Contador (geiger)
Mecánica de Newton
Velocidad de la luz
Se consideró que tenía velocidad infinita
Para medir la velocidad de la luz necesitamos:
– fuentes potentes
– largas distancias
– medir intervalos de tiempo pequeños
Aproximación Hippolyte Fizeau (1849)
Velocidad en el vacío: 299,792,458 m/s (~ 3×108 m/s)
La velocidad es menor en otros medios
La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal: no depende de la velocidad relativa de la fuente y el observador-> relatividad especial de Einstein
Espectros atómicos
El modelo de Bohr explica la existencia de espectros
Se deben a la excitación del electrón y a la vuelta a su nivel fundamental
Propagación de la luz:
Frente de ondas: Puntos del espacio alcanzados por la onda en un tiempo fijo ( se encuentran en la misma fase de vibración de la perturbación)
Rayo luminoso: marca la dirección de propagación de la onda y es perpendicular al frente de ondas.
Propagación de la luz: Huygens y Fermat
Principio de Huygens: Cada punto del frente de ondas puede considerarse como foco emisor de ondas secundarias. El nuevo frente de ondas será la envolvente de estas ondas.
Principio de Fermat: Para ir de un punto a otro la luz se propaga por el camino óptico de tiempo mínimo
Reflexión
La reflexión de la luz se puede explicar en un modelo de partículas
Una partícula que choca elésticamente con una pared se refleja –
Las ondas también se reflejan
– ángulo de reflexión=ángulo de incidencia
La reflexión de la luz
nos indica su naturaleza
Reflexión de la luz
Algunas cosas son visibles porque son fuentes de luz
Otras, reflejan la luz
Reflexión en superficies rugosas: reflexión difusa
Reflexión en superfices suaves: reflexión especular
Es independiente del color ( frecuencia)
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
Refracción
Refracción según Newton:
– Las partículas experimentan una fuerza dirigida hacia el material
– La fuerza perpendicular hace acercarse a las partículas hacia la normal
– predice una relación entre él ángulo de refracción y el de incidencia
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:
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=1.5-1.9 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
Las leyes de la refracción de Snell
Si la luz viaja del material 1 con índice de refracción n1 al material 2 con índice de refracción n2 , 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
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
Ejemplos de reflexión total
Refracción Atmosférica
La atmósfera está hecha con capas de diferente densidad y temperatura
Tienen diferente índice de refracción
la luz se refracta
distorsión de la forma de la Luna o el Sol en el horizonte
Posición aparente de las estrellas diferente de la real
Si la luz va de capas de índice de refracción mayor a índice de refracción menor –> reflexión total: espejismos
Reflexión total: fibra óptica
Guías de luz: son fibras ópticas usadas en comunicación, medicina, ciencia, decoración, fotografía….
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