LA LUZ VELOCIDAD LUZ Y SOMBRA ECLIPSES - 2011FENMENOS LUMINOSOS: Por qu vemos los objetos? Sabemos que para que se produzca en nosotros la sensacin visual de las cosas, es necesaria la presencia de la luz. Es decir que los objetos se hacen visibles porque dispersan o reflejan parte de la luz que les llega de las fuentes luminosas.-

Luz:Llamamos luz a una parte de la energa radiante a la que es sensible el ojo humano, provocando la visin.Debe diferenciarse el fenmeno fsico luz de la sensacin luminosa. Para entender esta diferencia tengamos en cuenta que si nos exponemos al sol con los ojos vendados, la luz existe aunque no tengamos percepcin de ella.La luz es energa radiante que impresiona nuestro sentido visual. La sensacin luminosa es lo que ocurre fisiolgicamente en nuestro organismo debido a la presencia de la luz.-

ptica:La parte de la Fsica que estudia la luz y los fenmenos que ella comprende, se llama ptica y se divide en: a) ptica geomtrica: que estudia la radiacin luminosa y el comportamiento de los rayos luminosos , a los que compara con lneas rectas.b) ptica fsica : estudia la naturaleza de la luz, su velocidad, la descomposicin un prisma, etc.-

Fuentes luminosas:Un cuerpo es luminoso o bien es una fuente luminosa, cuando emite luz. Por ejemplo: el sol, una lmpara elctrica, un metal incandescente, etc.Un cuerpo est iluminado cuando recibe luz de una fuente luminosa y se hace visible cuando la rechaza o la deja pasar a travs.Normalmente ningn cuerpo rechaza o deja pasar el 100% de la luz que recibe, sino slo una parte.Precisamente, atendiendo al comportamiento de los cuerpos cuando reciben luz, se clasifican en : -Cuerpos transparentes: Son los que dejan pasar a travs suyo la mayor parte de la luz, absorbiendo una parte pequea (del orden del 1%). Esto permite que podamos ver ntidamente a travs. Eje.: vidrio, agua, celofn, etc. -Cuerpos traslcidos : Dejan pasar parcialmente la luz y a travs suyo .Puede distinguirse solo el contorno borroso de un objeto colocado detrs. Eje.: vidrio esmerilado.-Cuerpos opacos : Absorben la mayor parte de las radiaciones luminosas que reciben y no dejan ver los objetos colocados detrs. Eje.: metal, piedra, madera, etc.

Propiedades de la luz:1) Direccin de propagacin: A partir de una fuente luminosa, la luz se propaga con igual intensidad en todas las direcciones.2) Trayectoria de la luz: La luz se propaga en lnea recta . La lnea que sigue la propagacin de la luz se denomina Rayo luminoso.Se lo representa con una semirecta con una flecha, que tiene su origen en la fuente, en tanto que la flecha indica el sentido de propagacin.-

Fsica 5to. La Velocidad de la luz. Ao 2011 Pg.: 1/8

Velocidad de propagacin de la luz:a) Clculo astronmico de Rmer:

El procedimiento de Roemer

Antiguamente se crea que la luz se propagaba instantneamente. Sabemos ahora que, si bien se mueve con una extraordinaria velocidad, la luz demora un tiempo para recorrer las distancias.En 1675, el astrnomo dans Olus Rmer, mientras estudiaba unos de los satlites de Jpiter, descubri que, la hora de iniciacin del eclipse del satlite Io, es decir, la hora en que el satlite desapareca detrs de Jpiter , era diferente si la Tierra se encontraba en el punto A de la trayectoria alrededor del Sol , (ms cerca de Jpiter), que si se encontraba el el punto B , ( ms alejada). La diferencia horaria era de 1320 segundos.Como la distancia AB es conocida, (300.000.000 km) Remer razon que los 1320 segundos era el mayor tiempo que tardaba la luz en recorrer los 300.000.000 km, cuando la tierra se encontraba en la posicin B (tierra - sol - Jpiter), con respecto a la hora de iniciacin cuando se encontraba en la posicin ms cercana ; punto A (sol - tierra - Jpiter).La diferencia de distancia entre las dos posiciones es precisamente el dimetro A_B de la trayectoria terrestre alrededor del sol (ver dibujo)cuyo valor se conoce y vale 300.000.000 km El tiempo t = 1320 s el tiempo que demora la luz en recorrer esta distancia resulta la velocidad de la luz = aplicando valores 300.000.000 km c = ----------------------- = 227.000 km/s 1320 s c = 227.000 km/s c = A-B(km) t (s)

Remer concluy entonces que la velocidad de la luz era

c = 227.000 km/s

(Posteriores medicaciones ms precisas demostraron que la velocidad de la luz est cerca de los 300.000 km/s)

Otra forma de medir la velocidad de la luzFsica 5to. La Velocidad de la luz. Ao 2011 Pg.: 2/8

b) Mquina de FIZEAU de la rueda dentada :

En el ao 1849, el fsico francs Fizeau construy un ingenioso dispositivo que le permiti medir en forma directa la velocidad de la luz.- (ver figura) La mquina consiste en un espejo colocado M2 colocado a una distancia l = 8,5 km de una rueda dentada F hecha de un material opaco.El dibujo muestra la rueda de perfil (posicin F) y para mejor comprensin, muestra tambin la rueda vista de costado.Una fuente de luz S emite un rayo luminoso que, desviado por el espejo M1 y guiado por una serie de anteojos (L1, L2, L3), atraviesa la escotadura de uno de los dientes de la rueda.El espejo M2 refleja el rayo que, al volver, pasa por las lentes y por la escotadura del mismo diente y es reflejado por el espejo semitransparente M1 . A travs de la lente L4, llega al ojo del observador.La rueda dentada puede girar a velocidad creciente.Estando la rueda detenida, el observador ve luz en forma permanente. A medida que la rueda dentada gira a velocidad creciente, el observador sigue viendo luz hasta que la velocidad tangencial de la rueda es lo suficientemente grande como para que el lugar de la escotadura es ocupado por el diente, en el tiempo en que el rayo luminoso va y viene, habiendo recorrido 2 . l = 17 km.- (2x8,5 km) Fizeau hall una relacin muy sencilla entre la velocidad de la luz y los parmetros de la mquina:

v=4.l.N.nen la que : v = velocidad de la luz;

l = 8,6 km ; N = nmero de dientes de la rueda (Us una rueda de 720 dientes ) y n = nmero de vueltas de la rueda por segundo (12,6).Aplicando estos valores en la frmula, calcul la velocidad de la luz en c = 4 x 8,6 km x 720 x 12,6 3 1 3 . 0 00 c = 313.000 km/s km/s

Otros investigadores como Foucault, Kerr; Mitchelson; etc. han realizado sus propias mediciones llegando a valores similares.En la actualidad se admite como valor ms probable de la velocidad de la luz en el vaco y en el y en el aire es:

c = 299.776 +/- 4 km/s

3 0 0 . 000

km/s

Nota: En otros medios distintos del vaco y el aire, la velocidad es menor.

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Por ejemplo, en diversos tipos de vidrios se midieron velocidades de 175.000 a 200.000 km/s . Esto permite deducir que la materia entorpece el desplazamiento de la luz.-

Luz - Sombra - Penumbra - Los eclipsesPara interpretar los fenmenos de sombra y penumbra, consideremos los siguientes casos: a) Cuando la fuente luminosa pequea, denominada Fuente puntual ilumina una pantalla se observan dos zonas claramente diferenciadas: una oscura a la que no llegan los rayos luminosas y una iluminada. Si interponemos un objeto opaco aparece una nueva zona oscura con bordes bien definidos.La zona iluminada se llama: zona de luz La zona oscura se llama: zona de sombra.Como los rayos se desplazan en lnea recta, el contorno del cuerpo interpuesto est determinado por los rayos tangentes al cuerpo, en su interseccin con la pantalla.-

Cono de Luz con Foco

Fsica 5to. La Velocidad de la luz. Ao 2011 Pg.: 4/8

b) Si se coloca un cuerpo entre una pantalla y una fuente luminosa de grandes dimensiones (Fuente extensa), aparecen en la pantalla, adems de las zonas de luz y de sombra, un tercera zona parcialmente iluminada llamada zona de penumbra.-

Como puede observarse, a la zona iluminada llegan los rayos sin obstculos, a la de penumbra solo algunos rayos y a la de sombra , ninguno.Fsica 5to. La Velocidad de la luz. Ao 2011 Pg.: 5/8

Eclipses:

Los eclipses de sol y de luna son fenmenos astronmicos debidos a la interposicin de un cuerpo opaco entre el sol y la tierra o la luna, segn el caso.Eclipse de Sol: la luna se interpone entre el sol y la tierra. De acuerdo al lugar de la tierra desde donde se lo observe, puede ser Eclipse total o Eclipse parcial:

ECLIPSES DE SOL

-Eclipse total de sol: la luna se interpone y cubre completamente el disco del sol, que en el momento culminante aparece como un disco oscuro con una corona luminosa.-Eclipse parcial de sol: la luna cubre solamente una parte del disco solar. En este caso se ve una zona de sombra que, en ningn momento, llega a oscurecerlo completamente.-

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ECLIPSES DE LUNAEclipse de Luna : la tierra se interpone entre el Sol y la Luna. Puede ser parcial o total:

-Eclipse total de Luna: la sombra de la tierra cubre completamente el disco lunar.-Eclipse parcial: la sombra de la tierra cubre slo parcialmente el disco de la Luna.EJERCICIOS 1) Sabiendo que la distancia del sol a la tierra es d = 150.000.000 km, (1,5x108 km) y que la velocidad de la luz es v = 300.000 km/s ( 3x 105 km/s), calcular cuanto tarda la luz en llegar a la tierra: Respuesta Si la velocidad de la luz c = _ d__ = Espacio recorrido (d) = 300.000 km/s entonces, t Tiempo empleado (t) Despejando t = d = Espacio recorrido c velocidad de la luz t = d aplicando valores t = 1,5 x 108 km = 0,5 x 103 s = 500 s v 3x 105 km/s Reduciendo 500 s a minutos y segundos resulta t = 8 min 19,8 s Resp.: La luz tarda 8 min 19,8 s en llegar desde el sol 2) Un ao luz es la distancia que recorre la luz en un ao. Calcular a cuntos km equivale un ao luz.Espacio recorrido = velocidad . tiempo d = v . t (1) Calculando la cantidad de segundos de un ao y multiplicando por la v de la luz se obtiene el recorrido de la luz en un ao Calculamos la cantidad de segundos que tiene un ao segundos/ao = 365 das/ao x 24 horas /da x 3600 segundo /hora s/ao = 3,15 x 107 s Reemplazando valores en la ecuacin (1) 3x 105 km/s x 3,15 x 107 s = 9,46 x 1012 km Respuesta : El camino recorrido por la luz en un ao = 1 ao luz = 9.460.000.000.000 km

Con este mismo criterio resuelva los siguientes ejerciciosFsica 5to. La Velocidad de la luz. Ao 2011 Pg.: 7/8

3) La estrella ms cercana a la tierra es alfa Centauro que se encuentra a 4,6 aos-luz. Calcular la distancia en km.(Resp.: 4,35 x 1013 km) 4)La luz tarda 35 m en llegar de Jpiter a la Tierra. Calcule la distancia en km.(Resp.: 6,3 x 108 km)

Fsica 5to. La Velocidad de la luz. Ao 2011 Pg.: 8/8