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Naturaleza de la luz



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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)
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¿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
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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
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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 (~ 3x108 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
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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
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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.
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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
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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
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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)
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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
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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:
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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
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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
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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
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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
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Reflexión total: fibra óptica Guías de luz: son fibras ópticas usadas en comunicación, medicina, ciencia, decoración, fotografía….