LUZ Y ESPECTROS

ÓPTICA

LA LUZLA LUZ TEORIAS Y FENÓMENOSTEORIAS Y FENÓMENOS

La Luz:

*Fuente de espectros luminosos *Procesos de formacion del color

Luz

La Luz es una radiación electromagnética cuya longitud de onda es capaz de impresionar la retina del ojo humano y provocar la sensación de visión

NATURALEZA DE LA LUZ

Ondas o partículas?

C = velocidad de la luz = 3.0 x 108 m/s

Espectros electromagnéticosEspectros electromagnéticos Las ondas del espectro electromagnLas ondas del espectro electromagnéético se miden por tres tico se miden por tres

parparáámetros: longitud de onda (metros: longitud de onda (λλ)), frecuencia (f) y amplitud., frecuencia (f) y amplitud. Ambas magnitudes (frecuencia y longitud de onda) no son Ambas magnitudes (frecuencia y longitud de onda) no son

independientes sino inversamente proporcionales: a menor independientes sino inversamente proporcionales: a menor distancia entre dos crestas de onda, mdistancia entre dos crestas de onda, máás cantidad de ondas s cantidad de ondas encajarencajaráán en un pern en un perííodo de tiempo de un segundo. Si la frecuencia odo de tiempo de un segundo. Si la frecuencia es alta la longitud de onda es corta y viceversa.es alta la longitud de onda es corta y viceversa.

La intensidad (I) o amplitud, es la altura de las crestas de las ondas La intensidad (I) o amplitud, es la altura de las crestas de las ondas y en el caso de la luz, determina su brillo o intensidad.y en el caso de la luz, determina su brillo o intensidad.. La orientación de las crestas respecto a la dirección de . La orientación de las crestas respecto a la dirección de propagación determina el ángulo de polarización.propagación determina el ángulo de polarización.

Al iniciarse el siglo XVIII, Al iniciarse el siglo XVIII, Newton propone que la luz Newton propone que la luz está compuesta por está compuesta por partículas luminosas, de partículas luminosas, de distinto tamaño según el distinto tamaño según el color, que son emitidas por color, que son emitidas por los cuerpos luminosos y los cuerpos luminosos y que producen la visión al que producen la visión al llegar a nuestros ojos.llegar a nuestros ojos.

•Newton: La teoría corpuscular

Newton se apoyaba en los siguientes hechos:Newton se apoyaba en los siguientes hechos:

La trayectoria seguida por los corpúsculos es rectilínea La trayectoria seguida por los corpúsculos es rectilínea Los corpúsculos no atraviesan obstáculos, así se forman las sombras Los corpúsculos no atraviesan obstáculos, así se forman las sombras La reflexión se debe al rebote de los corpúsculos sobreLa reflexión se debe al rebote de los corpúsculos sobre la superficie reflectora. la superficie reflectora.

Sin embargo no se podía explicar:

Los cuerpos, al emitir corpúsculos, debían perder masa por qué algunos corpúsculos se reflejaban y

otros se refractaban

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 vacíoNo se habían observado en la luz los fenómenos de interferencia y de difracción que ya se conocían para las ondas.

•Huygens: La teoría ondulatoria

Ondas electromagnéticas Ondas electromagnéticas

En 1860, Maxwell publicó su teoría matemática sobre el electromagnetismo que predecía la existencia de ondas

electromagnéticas que se propagaban a la misma velocidad que la luz.

Por ello argumentó que la luz y otras ondas que se conocían como las de radio consistían en un mismo fenómeno: eran ondas electromagnéticas que se diferenciaban sólo en su

frecuencia.Hoy consideramos que una onda electromagnética es única,

aunque se compone de dos perturbaciones: un campo eléctrico vibrando perpendicularmente a un campo

magnético. 

La teoría corpuscular de Newton fue aceptada La teoría corpuscular de Newton fue aceptada durante todo el siglo XVIII, posiblemente por la durante todo el siglo XVIII, posiblemente por la gran fama y autoridad de éste.gran fama y autoridad de éste.

En el siglo XIX se observan en la luz los En el siglo XIX se observan en la luz los fenómenos de interferencia y difracción y se fenómenos de interferencia y difracción y se revitaliza la idea de que la luz es una onda.revitaliza la idea de que la luz es una onda.

En el siglo XX se acepta que la luz se comporta En el siglo XX se acepta que la luz se comporta como onda y como partícula.como onda y como partícula.

Teoría cuánticaTeoría cuántica

Formulada por Einstein- PlanckFormulada por Einstein- Planck La luz está compuesta por fotones, los La luz está compuesta por fotones, los

cuales son “paquetes”(“cuantos”) de cuales son “paquetes”(“cuantos”) de energía electromagnética.energía electromagnética.

Teoría mecánica ondulatoria: Louis de la broglie Teoría mecánica ondulatoria: Louis de la broglie La actualmente aceptada es que la luz es un fenLa actualmente aceptada es que la luz es un fenóómeno meno

úúnico en la naturaleza debido a su carnico en la naturaleza debido a su caráácter dual: partcter dual: partíícula cula (fot(fotóón) y onda, masa y energn) y onda, masa y energíía. a.

Pueden atravesar sustancias en funciPueden atravesar sustancias en funcióón de su frecuencia n de su frecuencia (rayos X, rayos gamma). La luz, es una forma de energ(rayos X, rayos gamma). La luz, es una forma de energíía, a, que se transmite por el espacio en ondas sinoidales, que se transmite por el espacio en ondas sinoidales, similares a las producidas cuando lanzamos una piedra a un similares a las producidas cuando lanzamos una piedra a un estanque. estanque.

Nace en la fuente que la produce (el sol, una lNace en la fuente que la produce (el sol, una láámpara, etc.) mpara, etc.) y se propaga en ly se propaga en líínea recta hasta encontrar un objeto que la nea recta hasta encontrar un objeto que la intercepte. intercepte.

Newton al pasar un haz de luz por un prisma de cristal hizo visible el espectro de colores

que componen la luz, demostrando que cada color representaba una frecuencia de onda diferente. Cada onda al pasar por el prisma sufría una desviación, ésta variaba según su color, siendo la más

pronunciada la correspondiente al violeta; y en

el lado opuesto la del rojo

ESPECTROS

La luz visible es solamente una pequeLa luz visible es solamente una pequeñña parte a parte del espectro electromagndel espectro electromagnéético, la longitud de tico, la longitud de onda excita la retina del sistemaonda excita la retina del sistema visual humanovisual humano produciendo sensaciones de color y brillo.produciendo sensaciones de color y brillo.

Espectro visibleEspectro visible AdemAdemáás de la luz visible, tambis de la luz visible, tambiéén llegan a la superficie n llegan a la superficie

de la tierra desde el espacio ondas de radio, una parte de la tierra desde el espacio ondas de radio, una parte del espectro infrarrojo y una parte (afortunadamente) del espectro infrarrojo y una parte (afortunadamente) muy pequemuy pequeñña de radiacia de radiacióón ultravioleta.n ultravioleta.

Cada onda particular del espectro visible viene Cada onda particular del espectro visible viene caracterizada por su longitud de onda; si, como caracterizada por su longitud de onda; si, como generalmente sucede, la radiacigeneralmente sucede, la radiacióón es compuesta, el n es compuesta, el ojo no puede analizar las distintas radiaciones o ojo no puede analizar las distintas radiaciones o longitudes de onda que recibe y aprecia tan slongitudes de onda que recibe y aprecia tan sóólo el lo el "color o tonalidad" resultante."color o tonalidad" resultante.

Comportamiento de la LuzComportamiento de la Luz La luz se propaga a partir de la fuente emisora en todas las La luz se propaga a partir de la fuente emisora en todas las

direcciones posibles y en forma de ondas perpendiculares a direcciones posibles y en forma de ondas perpendiculares a la direccila direccióón del desplazamiento.n del desplazamiento.

Viaja en lViaja en líínea recta dentro de una sustancia de composicinea recta dentro de una sustancia de composicióón n uniforme mientras no haya nada que la desvuniforme mientras no haya nada que la desvííe y mientras no e y mientras no cambie el medio a travcambie el medio a travéés del cual se ests del cual se estáá propagando. propagando.

La luz se desplaza a la velocidad de 300.000 Km./s en el La luz se desplaza a la velocidad de 300.000 Km./s en el vacvacíío.o.

Compuesta por partCompuesta por partíículas de energculas de energíía (llamados fotones) que a (llamados fotones) que originan cambios quoriginan cambios quíímicos y reacciones elmicos y reacciones elééctricas.ctricas.

Reflexión y DifusiónReflexión y Difusión Todo cuerpo refleja parte de la luz que incide Todo cuerpo refleja parte de la luz que incide

sobre sobre éél.l.   La mayor La mayoríía de las superficies de los a de las superficies de los objetos son objetos son áásperas o irregulares, y por ello speras o irregulares, y por ello dispersan la luz que reciben en todas las dispersan la luz que reciben en todas las direcciones posibles. direcciones posibles.

A esto se lo llama A esto se lo llama ““DifusiDifusióónn””..

Reflexión SelectivaReflexión Selectiva Con relaciCon relacióón a la calidad de la luz reflejada, existen n a la calidad de la luz reflejada, existen

dos tipos adicionales de reflexidos tipos adicionales de reflexióón:n: AcromAcromááticatica: cuando se reflejan por igual todas las : cuando se reflejan por igual todas las

longitudes de onda. Los tres casos tlongitudes de onda. Los tres casos tíípicos de picos de superficies reflectoras acromsuperficies reflectoras acromááticas sonticas son Negras: cuando el porcentaje de reflexiNegras: cuando el porcentaje de reflexióón es cero. n es cero. Grises: el porcentaje de reflexiGrises: el porcentaje de reflexióón es del 50% en n es del 50% en

todas las longitudes de onda todas las longitudes de onda Blancas: el porcentaje de reflexiBlancas: el porcentaje de reflexióón es del 100% en n es del 100% en

todas las longitudes de ondatodas las longitudes de onda

CromCromááticatica: No se reflejan por igual todas las : No se reflejan por igual todas las longitudes de onda, hay un predominio de unas longitudes de onda, hay un predominio de unas sobre otras dando como resultado una radiacisobre otras dando como resultado una radiacióón n cromcromáática.tica.

La reflexiLa reflexióón siempre es selectiva, los materiales n siempre es selectiva, los materiales de color absorben las longitudes de onda de luz de color absorben las longitudes de onda de luz blanca de forma selectiva y solo reflejan las de blanca de forma selectiva y solo reflejan las de su propio color, el resto las absorben.su propio color, el resto las absorben.

RefracciónRefracción

La transmisiLa transmisióón de la luz, al igual que la n de la luz, al igual que la reflexireflexióón, siempre es selectiva, Los materiales n, siempre es selectiva, Los materiales transparentes y transltransparentes y translúúcidos de color absorben cidos de color absorben las longitudes de onda de forma selectiva y solo las longitudes de onda de forma selectiva y solo transmiten las de su propio color, el resto las transmiten las de su propio color, el resto las absorben. absorben.

Es un fenEs un fenóómeno que ocurre dentro de la meno que ocurre dentro de la transmisitransmisióón cuando la luz atraviesa un material n cuando la luz atraviesa un material transparente de forma oblicua (si lo atraviesa en transparente de forma oblicua (si lo atraviesa en direccidireccióón perpendicular no hay refraccin perpendicular no hay refraccióón). n).

Cuando los rayos luminosos inciden Cuando los rayos luminosos inciden oblicuamente sobre un medio transparente, o oblicuamente sobre un medio transparente, o pasan de un medio a otro de distinta densidad, pasan de un medio a otro de distinta densidad, experimentan un cambio de direcciexperimentan un cambio de direccióón que estn que estáá en funcien funcióón del n del áángulo de incidencia, de la ngulo de incidencia, de la longitud de onda incidente, y del longitud de onda incidente, y del ííndice de ndice de refraccirefraccióón de un medio respecto al otro. n de un medio respecto al otro.

El espectro electromagnético está constituido por todos los posibles niveles de energía que la luz puede tomar. Hablar de energía es equivalente a hablar de longitud de onda luego, el espectro electromagnético abarca, también, todas las longitudes de onda que la luz pueda tener, desde miles de kilómetros hasta femtómetros.Es por eso que la mayor parte de las representaciones esquemáticas del espectro suelen tener escala logarítmica.

El espectro electromagnético se divide en regiones espectrales, clasificadas según los métodos necesarios para generar y detectar los diversos tipos de radiación. Es por eso que estas regiones no tienen una frontera definida y existen algunos solapamientos entre ellas.

¿Qué caracteriza a las ondas ¿Qué caracteriza a las ondas electromagnéticas?electromagnéticas?

La principal característica de las ondas electromagnéticas es que no necesitan un medio de propagación; se propagan en el vacío a la velocidad de 300000 km/s, aunque pueden propagarse en otros medios a menor velocidad.

También es una característica importante el que la energía que transportan es proporcional a la frecuencia.

El gráfico adjunto muestra el espectro electromagnético, con una ampliación de la zona visible.Qué parte del espectro electromagnético: (a) ¿broncea la piel?; (b) ¿se puede utilizar para calentar?; (c) ¿atraviesa la carne pero no los huesos?; (d)¿puede provocar cáncer?; (e) ¿se detiene parcialmente por la capa de ozono de la atmósfera?; (f) ¿puede ser detectado por el ojo?

(a)UV (Rayos

ultravioleta)

(b)IR (Rayos

infrarrojos)

(c)RX (Rayos X)

(d)UV, RX y R

(Rayos Gamma)

(e)UV

(f)Luz visible

Muestra los resultados en una tabla

Si has prestado atención al gráfico del ejercicio anterior sabrás responder a las siguientes preguntas:(a) ¿Qué color de la luz visible presenta mayor longitud de onda? ¿Y la menor?(b) ¿Qué color de la luz visible presenta menor frecuencia?(c) Calcula la frecuencia de un color rojo cuya longitud de onda es de 680 nm.

Contesta al apartado (a)

El color rojo presenta la mayor longitud de onda, mientras que el color violeta corresponde a la menor longitud de onda.

Contesta al apartado (b)

La luz, como cualquier otra onda, cumple la ecuación de onda: =v/f.

Por lo tanto, la menor frecuencia corresponderá a la mayor longitud de onda, es decir, al color rojo.

Contesta al apartado (c)

Se despeja la frecuencia de la ecuación de onda y se sustituyen los valores indicados en el Sistema Internacional de unidades:

Hzv

f 149

8

104,410680

103

El arco iris1 o arcoíris2 es un fenómeno óptico y meteorológico que produce la aparición de un espectro de luz continuo en el cielo cuando los rayos del sol atraviesan pequeñas partículas de humedad contenidas en la atmósfera terrestre.

ROY G BIVRed Orange Yellow Green Blue Indigo Violet (Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Añil Violeta)

LOS 7 COLORES DEL ARCO IRIS

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA

www.educaplus.org/dispresióndelaluz.htmwww.educaplus.org/dispresióndelaluz.htm

www.colombiaaprende.edu.cowww.colombiaaprende.edu.co

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Física I. Ed. SantillanaFísica I. Ed. Santillana