Propagación de la luz

1. Propagación de la luz

2. La luz y su propagación. *Transmisión a través de las sustancias: Opacas , transparentes y traslúcidas Opacas: Los rayos de luz son incapaces de pasarlas Ej. Muro de ladrillo Transparentes: La luz es capaz de pasarlas y en ellas seguir la misma dirección de Propagación. Ej. Agua, Vidrio, Aire Traslúcidas: La luz se dispersa, lo que da lugar a que a través de ellas no se Puedan ver imágenes con nitidez. Ej. Papel, Cristal Esmerilizado. * Viaje en todas direcciones: Para describir su propagación se considera que las partículas se mueven en línea recta.

3. Velocidad de propagación * La luz en cada medio se propaga con una velocidad característica. Rapidez de la luz Medio Rapidez (km/s) Vacío - 300.000 Agua - 220.000 Vidrio - 200.000 Diamante - 120.000 Entre más denso, menor velocidad

4. Propagación de la luz en el vacío El sonido sólo se propaga a través de medios materiales, en cambio, la luz, por tratarse de una onda electromagnética además de propagarse por medios materiales, se propaga también en el vacío. Por esto nos llega la luz del Sol y las estrellas, lo que además de permitir que exista vida en nuestro planeta, nos permite estudiar el universo de los astros.

5. Transmisión de la luz • La luz es capaz de atravesar diversos objetos, algunos con mayor eficacia que otros, como ya lo hemos visto. En la transmisión de la luz pueden ocurrir diversos fenómenos tales como: reflexión, refracción y absorción.

6. Refracción • Este efecto se debe a los cambios que sufre la rapidez de la luz cuando pasa de un medio a otro, o cuando atraviesa zonas de diferente densidad y temperatura de un mismo medio, los cuales modifican la dirección de los rayos de luz haciendo que unos se refracten y que otros se reflejen.

7. Absorción • Cuando un rayo luminoso se propaga por un medio, va disminuyendo paulatinamente su intensidad. Se dice que ese medio lo absorbe.También sucede que al reflejarse la luz solar sobre una sustancia, una parte de ella se absorba, produciendo la sensación de color, por ejemplo, si una sustancia absorbe todos los colores de la luz, menos el verde, que se refleja, esa sustancia la veremos de color verde

8. Naturaleza de la luz ¿Ondulatoria o Corpuscular? •     Dejando de lado las ideas más antiguas sobre la naturaleza de la luz, los máximos protagonistas de esta historia son Isaac Newton y Cristian Huygens. Ambos científicos fueron contemporáneos y llegaros a conocerse en 1689. un año más tarde aparece la obra de Huygens, mientras que Newton publica su obra en 1704. en sus obras aparecen las dos teorías clásicas ondulatoria y corpuscular sobre la naturaleza de la luz.

9. Teoría Corpuscular •     Esta teoría se debe a Newton (1642-1726). La luz está compuesta por diminutas partículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La dirección de propagación de estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso.     La teoría de Newton se fundamenta en estos puntos: • Propagación rectilínea. La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran velocidad.  • Reflexión. se sabe que la luz al chocar contra un espejos se refleja. Newton explicaba este fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por tanto la reflexión cumple las  leyes del choque elástico. • Refracción. El hechos de que la luz cambie la velocidad en medios de distinta densidad, cambiando la dirección de propagación, tiene difícil explicación con la teoría corpuscular. Sin embargo Newton supuso que la superficie de separación de dos medios de distinto índice de refracción ejercía una atracción sobre las partículas luminosas, aumentando así la componente normal de la velocidad mientras que la componente tangencial permanecía invariable. • Según esta teoría la luz se propagaría con mayor velocidad en medios más densos. Es uno de los puntos débiles de la teoría corpuscular.

10. Teoría Ondulatoria • Fue idea del físico holandés C. Huygens. La luz se propaga mediante ondas mecánicas emitidas por un foco luminoso. La luz para propagarse necesitaba un medio material de gran elasticidad, impalpable que todo lo llena, incluyendo el vacío, puesto que la luz también se propaga en él. A este medio se le llamó éter. • La energía luminosa no está concentrada en cada partícula, como en la teoría corpuscular sino que está repartida por todo el frente de onda. El frente de onda es perpendicular a las direcciones de propagación. La teoría ondulatoria explica perfectamente los fenómenos luminosos mediante una construcción geométrica llamada Principio de Huygens. además según esta teoría, la luz se propaga con mayor velocidad en los medios menos densos. a pesar de esto, la teoría de Huygens fue olvidada durante un siglo debido a la gran autoridad de Newton. • En 1801 el inglés T. Young dio un gran impulso a la teoría ondulatoria explicando el fenómeno de las interferencias y midiendo las longitudes de onda correspondientes a los distintos colores del espectro. • La teoría corpuscular era inadecuada para explicar el hecho de que dos rayos luminosos, al incidir en un punto pudieran originar oscuridad.

11. Naturaleza dual de la luz • A finales del siglo XIX se sabía ya que la velocidad de la luz en el agua era menor que la velocidad de la luz en el aire contrariamente a las hipótesis de la teoría corpuscular de Newton. En 1864 Maxwell obtuvo una serie de ecuaciones fundamentales del electromagnetismo y predijo la existencia de ondas electromagnéticas. Maxwell supuso que la luz representaba una pequeña porción del espectro de ondas electromagnéticas. Hertzconfirmó experimentalmente la existencia de estas ondas. El estudio de otros fenómenos como la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos puso de manifiesto la impotencia de la teoría ondulatoria para explicarlos. En 1905, basándose en la teoría cuántica de Planck, Einsteinexplicó el efecto fotoeléctrico por medio de corpúsculos de luz que él llamó fotones. Bohr en 1912 explicó el espectro de emisión del átomo de hidrógeno, utilizando los fotones, y Compton en 1922 el efecto que lleva su nombre apoyándose en la teoría corpuscular de la luz. • Apareció un grave estado de incomodidad al encontrar que la luz se comporta como onda electromagnética en los fenómenos de propagación , interferencias y difracción y como corpúsculo en la interacción con la materia. • No hay por qué aferrarse a la idea de incompatibilidad entre las ondas y los corpúsculos, se trata de dos aspectos diferentes de la misma cuestión que no solo no se excluyen sino que se complementan.

12. REFLEXIÓN DE LA LUZ

13. Reflexión Cuando una onda llega a una frontera entre dos medios, una parte de la onda (porque otra pequeña parte es absorbida), rebota hacia el primer medio. Este es el fenómeno de reflexión.

14. Ley de la reflexiónEl ángulo que forma el rayo incidente con la normal, llamado ángulo de incidencia, es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, o sea, ángulo de reflexión.

15. Ley de reflexión y el principio de Fermat. De acuerdo a la ley de reflexión, el ángulo con que incide un rayo de luz respecto de la normal es igual al ángulo con que se refleja. De dicha ley se deriva el principio de Fermat:“de todos los caminos posibles que puede seguir la luz, ella adopta el que toma menor tiempo.”

16. Imagen real y virtual • Imagen real: Cuando el ojo está percibiendo una imagen real, los rayos de luz provenientes de ese objeto llegan sobre la retina directamente del objeto . (No son prolongaciones del rayo, pueden ser rayos directo o por reflejo en un espejo o lente) • Imagen virtual: Cuando el ojo percibe una imagen virtual esos rayos que ve el ojo proceden del espejo (La imagen se percibe en el lugar donde convergen las prolongaciones de esos rayos divergentes) Nota: Es importante considerar la posición del observador para determinar si la Imagen es real o virtual

17. Imagen real En el diagrama anterior se muestran un par de pinceles (rayos) que ayudan a formar la imagen retiniana de un objeto real y también de una imagen virtual (producida por un espejo plano), y la única diferencia ente un caso y el otro es que cuando el ojo está percibiendo un objeto real los pinceles que caen sobre la retina proceden directamente del objeto, mientras que cuando percibe una imagen virtual esos pinceles proceden del espejo ... pero en cuanto a su divergencia es igual (las vemos de igual forma en nuestro cerebro). Imagen virtual

18. Formación de imágenes • Reflexión en espejos convexos En los espejos convexos siempre se forma una imagen virtual, derecha y de menor tamaño con respecto al objeto:

19. Formación de imágenes • Reflexión de espejos cóncavos Imagen real, invertida y más pequeña

20. Formación de imágenes • Reflexión de espejos cóncavos Imagen real, invertida y de igual tamaño.

21. Formación de imágenes • Reflexión de espejos cóncavos Imagen virtual, derecha y de mayor tamaño.

22. Formación de imágenes • Reflexión de espejos cóncavos Imagen real, invertida y de mayor tamaño.

23. Lentes Convergentes y Divergentes

24. Lentes Convergentes • Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por los bordes, y la distancia focal de estas lentes se considera positiva

25. Lente convergente: Los rayos paralelos procedentes del infinito convergen sobre el plano focal imagen, la imagen es VIRTUAL (dentro del espejo), (derecho si esta adelante del centro de curvatura o invertido si esta atrás del centro de curvatura) y MAS GRANDE. Imagen virtual porque el observador esta detrás del trébol, recibe rayos prolongados

26. Tipos de Lentes Convergentes

27. Lentes Divergentes • Las lentes divergentes son más gruesas por los bordes y se estrechan en el centro, la distancia focal de estas lentes se considera negativa.

28. Tipos de Lentes Divergentes

29. Formación de imágenes en Lentes Convergentes y Divergentes • Las lentes convergentes, para objetos alejados, forman imágenes reales, invertidas y de menor tamaño que los objetos

30. Para objetos próximos forman imágenes virtuales, derechas y de mayor tamaño.

31. Las imágenes producidas por las lentes divergentes son virtuales, derechas y menores que los objetos

32. Óptica del Ojo Humano

33. Etapas del Acto visual • 1.-Formación de la imagen • 2.-Nacimiento del influjo nervioso • 3.-Transmisión del impulso nervioso a través del nervio óptico. • 4.-Interpretación del impulso nervioso, en la corteza cerebral.

34. Formación de la imagen • Cuando miramos a un objeto, el cristalino (lente convergente)  forma una imagen real e inversa de ese objeto, localizada exactamente sobre la retina, y en esas condiciones,  vemos claramente el objeto. A pesar de que la imagen formada en la retina es inversa, el mensaje que es enviado al cerebro pasa por procesos complejos, haciendo que veamos el objeto en posición correcta.

36. Conseguimos ver nítidamente un objeto,  tanto si él está lejos como si está próximo de nuestro ojo. Esto ocurre por que la imagen es siempre formada sobre la retina, para cualquier distancia del objeto a nuestro ojo. Para que esto ocurra, la distancia focal del cristalino debe ser diferente para cada posición del objeto. 

37. Este efecto es producido por la acción  de los músculos del ojo, que, actuando sobre el cristalino provocan alteraciones en su curvatura.  Esta propiedad del ojo es llamada: “Acomodación visual”

38. Defectos de la Visión

39. Miopía • La miopía se caracteriza por una deficiencia en la visión lejana dando como resultado un esfuerzo notorio para poder distinguir los objetos a distancia.

40. Hipermetropía • La hipermetropía puede ser producida porque el poder de enfoque de la córnea y el cristalino es menor de lo normal. También es posible la hipermetropía por ser el ojo muy pequeño. Es por esta razón que los objetos cercanos y los lejanos son enfocados detrás de la retina.

41. Astigmatismo • El astigmatismo es el resultado de la desigualdad o irregularidad de la curvatura corneal, no siendo igual en la totalidad de su superficie.

42. Presbicia • Esto se debe a al endurecimiento del cristalino que con el paso de los años, provoca un menor cambio en su forma. • Un ejemplo claro de esta enfermedad, es cuando vemos a los adultos mayores alejar cada vez mas el periódico para poder leer con claridad.

44. Estrabismo • Es la pérdida del paralelismo de los ojos. Los dos ojos no miran al mismo sitio, uno de ellos dirige la mirada al objeto que fija, mientras que el otro se desvía en otra dirección.

45. El Telescopio

46. Telescopio Un telescopio es básicamente un instrumento óptico que recoge cierta cantidad de luz y la concentra en un punto. La cantidad de luz captada por el instrumento depende fundamentalmente de la apertura del mismo (el diámetro del objetivo). Para visualizar las imágenes se utilizan los oculares, los cuales se disponen en el punto donde la luz es concentrada por el objetivo (plano focal). Son estos los que proporcionan la ampliación al telescopio.

47. Existen dos grandes divisiones entre los telescopios, según el tipo de objetivo que utilizan: los reflectores y los refractores. Los reflectores se constituyen de un espejo principal (espejo primario u objetivo), el cual no es plano como los espejos convencionales, sino que fue provisto de cierta curvatura (parabólica) que le permite concentrar la luz en un punto. Los telescopios refractores poseen como objetivo una lente (o serie de lentes) que de forma análoga al funcionamiento de una lupa, concentran la luz en el plano focal.

48. Telescopio Refractor

49. Telescopio Reflector

50. Propiedades y fórmulas Distancia focal: Es distancia comprendida entre el objetivo del telescopio (sea un reflector o refractor) y el plano focal del mismo. Esta medida varia según el diámetro del objetivo y del diseño del mismo (la curvatura del espejo, por ejemplo). La medida se suele dar en milímetros y sirve para calcular cosas como el aumento, la razón focal, etc.