UNIDAD 3

1. UNIDAD 3 LA LUZ

2. OBJETIVOS Al término de la unidad, usted deberá: • Comprender el comportamiento de la luz y los fenómenos asociados a ella. • Aplicar la óptica geométrica a la solución de problemas. • Reconocer el proceso de la visión y la forma de mejorarla a través de los instrumentos ópticos.

3. HISTORIA • El hombre siempre se ha preguntado qué es la luz: • Los antiguos griegos ya habían observado algunos fenómenos asociados con la luz como la propagación rectilínea, la reflexión y la refracción. • Una idea para explicar la naturaleza de la luz proponía que se trataba de "algo emitido por el ojo" que chocaba contra los objetos y permitía verlos. • Más adelante se propuso que la luz debía proceder de los objetos que se veían y que al llegar al ojo producía el efecto de la visión. • Ninguna de las dos hipótesis explicaba por qué no se emiten rayos en la oscuridad, así que se planteó una nueva hipótesis que identificaba la luz como algo procedente del Sol y de los cuerpos incandescentes. • La luz: ¿ onda o partícula ?

4. COMPOSICIÓN DE LA LUZ • Newton: • Al iniciarse el siglo XVIII, Newton propone que la luz está compuesta por partículas luminosas, de distinto tamaño según el color, que son emitidas por los cuerpos luminosos y que producen la visión al llegar a nuestros ojos. • Newton se apoyaba en los siguientes hechos: • La trayectoria seguida por los corpúsculos es rectilínea y por ello la luz se propaga en línea recta. • Cuando se interpone un obstáculo, los corpúsculos no pueden atravesarlo y así se produce la sombra. • La reflexión se debe al rebote de los corpúsculos sobre la superficie reflectora. • Sin embargo no se podía explicar: • Los cuerpos, al emitir corpúsculos, debían perder masa y esto no se había observado. • Ya se conocía el fenómeno de la refracción y no podía explicarse por qué algunos corpúsculos se reflejaban y otros se refractaban. Según Newton, la refracción se debía a un aumento de velocidad de los corpúsculos de luz. • Huygens: • en la misma época, propone que la luz es una onda basándose en las observaciones siguientes: • La masa de los cuerpos que emiten luz no cambia. • La propagación rectilínea y la reflexión se pueden explicar ondulatoriamente • La refracción es un fenómeno típico de las ondas. • No obstante quedaban cosas sin explicar: • No se encontraba una explicación para la propagación de la luz en el vacío, ya que se pensaba que todas las ondas necesitaban un medio material para propagarse (Eter). • No se habían observado en la luz los fenómenos de interferencia y de difracción que ya se conocían para las ondas. • TEORÍA ONDULATORIA (Christian Huygens) • TEORÍA CORPUSCULAR (Isaac Newton) • TEORÍA DUAL (Albert Einstein)

5. LA LUZ • Según el fenómeno o propiedad que se observe se puede estudiar como una ONDA o como una PARTICULA. • Es una onda TRANSVERSAL y ELECTROMÁGNETICA

6. FUENTES DE LUZ • NATURAL • ARTIFICIAL • Incandescencia • Fosforescencia • Fluorescencia

7. LA LUZ Y LOS CUERPOS • TRANSPARENTES • TRANSLÚCIDOS • OPACOS

8. PROPAGACIÓN DE LA LUZ Todo rayo luminoso recorre trayectorias rectilíneas en medios transparentes y homogéneos.

9. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Espectro de la Luz Visible

10. La Luz Como Fuente de Energía • A excepción de la energía nuclear, toda la energía que disponemos en la Tierra tiene su origen, directa o indirectamente, en el Sol. • La luz que nos llega del Sol transporta energía (fotones). • La energía de los fotones depende de la frecuencia de la Onda. • La ecuación que relaciona la energía del fotón con su frecuencia es: • E = h x f Frecuencia expresada en Hz Constante de Planck (6,626 x 10-34 Jxs) MIENTRAS MAYOR ES LA FRECUENCIA DE LA LUZ, MAYOR ES LA ENERGÍA QUE TRANSPORTA.

11. EJERCICIO Nº1 • Si tenemos que hervir un litro de agua en menos tiempo posible, y para esto se nos da a elegir utilizar cualquier onda del espectro electromagnético. ¿Cuál seria la onda que utilizaría para lograr el objetivo? • I. Ondas de radio. • II. Rayos ultravioleta • III. Rayos gamma. • IV. Microondas • Solo I • Solo II • Solo III • Solo I y IV ALTERNATIVA C

12. REFLEXIÓN DE LA LUZ • El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado son coplanares. • El ángulo de incidencia es congruente con el ángulo de reflexión.

13. REFRACCIÓN DE LA LUZ Al pasar un rayo de luz de un medio de menor densidad a otro de mayor densidad, el ángulo de refracción es menor que el ángulo de incidencia y viceversa.

14. PRINCIPIO DE FERMAT Y LA LEY DE SNELL • En el siglo XVII, el matemático francés anuncio en óptica que: “El trayecto seguido por la luz al propagarse de un punto a otro es tal que el tiempo empleado en recorrerlo es un mínimo” • Ley de Snell dice: “Para un rayo de luz dado, la razón de los desplazamientos en uno y otro medio es la misma y depende sólo de la naturaleza de los medios elegidos y del orden en que se los haya dispuesto”. • Se utiliza para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto. B A

15. EJERCICIO Nº2 • Un rayo de luz pasa sucesivamente por tres medios transparentes de diferentes índices de refracción, tal como lo muestra la figura. Basándose solo en la información que entrega el dibujo, ¿Cuál de los medios tiene el menor índice de refracción? • N1 • N2 • N3 • N1 y N3 por igual. • N1 y N2 por igual. N1 N2 N3 ALTERNATIVA C

16. REFRACCIÓN DE LA LUZ EN LA ATMÓSFERA

17. REFLEXIÓN TOTAL DE LA LUZ • Este fenómeno ocurre sólo si n2 > n1. • Si el ángulo de incidencia llega a un valor límite, se produce una refracción rasante. • Si el ángulo de incidencia es mayor que el valor límite, el rayo no se refracta, sino que se refleja; la superficie actúa como un espejo plano.

18. DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ BLANCA • La luz blanca está constituida por la superposición de una infinidad de luces de colores. • Un medio o cuerpo transparente determinado posee un índice de refracción particular para cada una de las luces de colores.

19. ABSORCIÓN DE LA LUZ Al ser iluminados los cuerpos, éstos reflejan algunas longitudes de onda y absorben otras, lo cual hace que percibamos los colores. El blanco las refleja todas y el negro las absorbe todas. La absorción produce un aumento de temperatura.

20. DIFRACCIÓN DE LA LUZ Ocurre cuando la onda luminosa es desviada por efecto de un obstáculo que encuentra en su trayectoria.

21. INTERFERENCIA DE LA LUZ La luz que atraviesa dos ranuras muy próximas entre sí se difracta. La pantalla se ilumina donde las ondas luminosas llegan en fase y se ve oscura donde las ondas llegan fuera de fase.

22. LA LUZ LÁSER • La luz blanca es incoherente, contiene muchas frecuencias que están fuera de fase. • La luz de una sola frecuencia también puede estar fuera de fase. • La luz coherente (láser) tiene todas las ondas de igual frecuencia y en fase(Interferencia constructiva).

23. EJERCICIO Nº3 • El arco iris es un fenómeno que se produce principalmente por: • I. Refracción de la Luz. • II. Reflexión total interna de la Luz. • III. Interferencia luminosa. • Solo I • Solo II • Solo III • Solo I y II • Solo II y III ALTERNATIVA D (Dispersión)