La LuzNaturaleza de la luz

Introduciendo la luzRayos de luz - Se reciben y no se emiten por los ojos - Viajan en lnea recta - No necesitan un medio para propagarse - Se disipan al atravesar un medio - Existen medios en los que no hay propagacin - Partculas u ondas?

Fuentes de luz: objetos a altas temperaturas, tomos excitados fuente puntual (a) fuente extensa (b) (cada punto es un emisor) fuentes directas (reflectores, lsers)

Qu es la luz?Newton: la luz es un haz de partculasHuygens: La luz es una ondaDebido a la gran fama de Newton su modelo de partculas se acepta hasta el siglo XVIIINo se poda aceptar que una onda viajase en le vaco --> Qu es lo que vibra? En el s. XIX se acepta el modelo ondulatorioS. XX: La luz tiene propiedades de onda y partcula

Dualidad Onda-PartculaOndasContnuo, no localLongitud de ondaFrecuenciaDifraccin-interferenciaEcuaciones de MaxwellPartculasDiscreto, localizadoEnerga MomentoEfecto ComptonContador (geiger)Mecnica de Newton

Velocidad de la luz

Se consider que tena velocidad infinitaPara medir la velocidad de la luz necesitamos: - fuentes potentes - largas distancias - medir intervalos de tiempo pequeosAproximacin Hippolyte Fizeau (1849)

Velocidad en el vaco: 299,792,458 m/s (~ 3x108 m/s)La velocidad es menor en otros mediosLa velocidad de la luz en el vaco es una constante universal: no depende de la velocidad relativa de la fuente y el observador-> relatividad especial de Einstein

Espectros atmicosEl modelo de Bohr explica la existencia de espectrosSe deben a la excitacin del electrn y a la vuelta a su nivel fundamental

Propagacin de la luz:Frente de ondas: Puntos del espacio alcanzados por la onda en un tiempo fijo ( se encuentran en la misma fase de vibracin de la perturbacin)Rayo luminoso: marca la direccin de propagacin de la onda y es perpendicular al frente de ondas.

Propagacin de la luz: Huygens y FermatPrincipio de Huygens: Cada punto del frente de ondas puede considerarse como foco emisor de ondas secundarias. El nuevo frente de ondas ser la envolvente de estas ondas. SimulacinPrincipio de Fermat: Para ir de un punto a otro la luz se propaga por el camino ptico de tiempo mnimo

ReflexinLa reflexin de la luz se puede explicar en un modelo de partculas Una partcula que choca elsticamente con una pared se refleja - Las ondas tambin se reflejan - ngulo de reflexin=ngulo de incidencia La reflexin de la luz nos indica su naturaleza

Reflexin de la luzAlgunas cosas son visibles porque son fuentes de luzOtras, reflejan la luzReflexin en superficies rugosas: reflexin difusaReflexin en superfices suaves: reflexin especularEs independiente del color ( frecuencia)

Reflexin de la luz: leyes1.El ngulo de reflexin es igual al de incidencia 2. El rayo reflejado, la normal y el incidente estn en el mismo plano

RefraccinRefraccin segn Newton: - Las partculas experimentan una fuerza dirigida hacia el material - La fuerza perpendicular hace acercarse a las partculas hacia la normal - predice una relacin entre l ngulo de refraccin y el de incidenciaRefraccin 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 relacin entre el ngulo de incidencia y el de refraccin:

ndice de Refraccin Cuando la luz pasa de un material a otro cambia de direccin: refraccinDepende de las propiedades pticas de los dos medios --> caracterizadas por su ndice de refraccin: nn es un nmero: n=1 para el vaco, n=1.33 agua, n=2.42 diamante, n=1.5-1.9 vdrio .El ndice de refraccin define la velocidad de la luz en el medio v=c/n

Conceptos geomtricos:-rayo incidente-rayo refractado-normal en el punto de incidencia-ngulo incidente-ngulo refractado

Las leyes de la refraccin de SnellSi la luz viaja del material 1 con ndice de refraccin n1 al material 2 con ndice de refraccin n2 , las siguientes leyes determinan la direccin del rayo refractado: El rayo incidente, la normal al punto de incidencia y el rayo refractado estn todos en el mismo plano

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Reflexin interna totalEn la superficie de contacto de dos materiales aparecen la reflexin y la refraccinBajo ciertas condiciones no hay refraccin --> La reflexin es total!Sucede cuando la luz pasa a un medio con un ndice de refraccin menor y el ngulo de incidencia es mayor que un cierto ngulo crtico

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Ejemplos de reflexin totalRefraccin Atmosfrica - La atmsfera est hecha con capas de diferente densidad y temperatura -->Tienen diferente ndice de refraccin --> la luz se refracta - distorsin de la forma de la Luna o el Sol en el horizonte - Posicin aparente de las estrellas diferente de la real

- Si la luz va de capas de ndice de refraccin mayor a ndice de refraccin menor --> reflexin total: espejismos

Reflexin total: fibra pticaGuas de luz: son fibras pticas usadas en comunicacin, medicina, ciencia, decoracin, fotografa.

DispersinEl ndice de refraccin de un medio depende de la frecuencia del rayo de luz

La luz violeta se refracta ms que la roja .... Se puede descomponer la luz blanca en sus componentes: prismas, arco irs

Curiosidades IEl cielo es azul porque las molculas de aire dispersan ( absorben y emiten) las longitudes de onda cortas ( azules y violetas).En el horizonte se ve ms blanco debido a que parte de la luz azul se ha ido en otras direcciones.El sol se observa amarillo porque la atmsfera ha dispersado los azules y violetas.En el espacio exterior, sin atmsfera, el cielo es negro ( no hay dispersin) y el sol es blanco ( se ven todas las longitudes de onda)

Curiosidades IIAl atardecer o al amanecer la luz del sol debe hacer un largo recorrido a travs de la atmsfera hasta llegar a nuestros ojos gran parte de la luz azul e incluso verde se refleja y se dispersa quedan los tonos naranjas y rojos. Pueden darse otras tonalidades si en el aire hay molculas de agua o polvo.