Naturaleza de la luz

Propagacin rectilnea de la luz: explica las sombras y penumbras

Velocidad de la luz en el vaco: c = 300 000 km/s

ndice de refraccin: relaciona la velocidad de la luz segn el medio donde se propaga

Reflexin y refraccin de la luz.Leyes de Snell

9. La luz (I)

Teora corpuscular: considera la luz como un conjuntode partculas

Teora ondulatoria: considera la luz como una onda

Dualidad onda-corpsculo: la luz tiene doble naturaleza, de onda y de partcula

Reflexin: relacin entre el ngulo incidente y reflejado

Refraccin: relacin entre el ngulo incidente y refractado

Angulo lmite: proceso de reflexin total

Lamina de caras planas y paralelas: el rayo incidente y emergente son paralelos

Prisma ptico: medio transparente limitado por dos superficies planas noparalelas

Dispersin de la luz: descomposicin de la luz en sus colores

Espectroscopia: aplicacin de la dispersin de la luz: espectro de absorcin y espectro de emisin

La luz como onda electromagntica

9. La luz (II)

Interferencias: superposicin de dos ondasen un punto

Difraccin: cambio de direccin de propagacin frente a un objeto

Polarizacin: vibracin de la luz en un solo plano

Absorcin: disminucin de la intensidadde la luz cuando esta pasa por un medio

2Naturaleza de la luz (I)

Teora corpuscular

Se la conoce como teora corpuscular o de la emisin. Segn Newton, las fuentes luminosas emiten corpsculos muy livianos que se desplazan a gran velocidad y en lnea recta. Podemos fijar ya la idea de que esta teora, adems de concebir la propagacin de la luz por medio de corpsculos, tambin sienta el principio de que los rayos se desplazan de forma rectilnea.

Teora ondulatoria

Propugnada por Christian Huygens en 1678. Defenda que la luz no era ms que una perturbacin ondulatoria, parecida al sonido, y de tipo mecnico, pues necesitaba un medio material para propagarse. Supuso tres hiptesis:

Todos los puntos de un frente de ondas eran centros emisores de ondas secundarias.

De todo centro emisor se propagaban ondas en todas direcciones del espacio con velocidad distinta en cada medio.

Como la luz se propagaba en el vaco y necesitaba un material perfecto sin rozamiento, se supuso que todo el espacio estaba ocupado por ter, que haca de soporte de las ondas.

3Naturaleza de la luz (II)

Dualidad onda-corpsculo

En 1924, Louis de Broglie plantea la posibilidad de asociar una funcin de onda a las partculas.

El razonamiento lo hace por criterios de simetra con respecto a la necesidad de asignar propiedades corpusculares a la radiacin electromagntica, cuya conveniencia es el resultado de analizar experiencias como, por ejemplo, los efectos fotoelctrico y Compton.

4Propagacin rectilnea de la luz

El postulado general de la ptica geomtrica es la propagacin rectilnea de la luz, es decir que se dedica al estudio de la luz como si fueran rayos rectilneos sin tener en cuenta ni su naturaleza ni su velocidad.

La consecuencia del hecho de tomar a la luz en estos sentidos no es ni ms ni menos que la formacin de sombras y penumbras, y la formacin de estas dependen del tipo de fuente luminosa.

5Velocidad de la luz en el vaco

La velocidad de la luz en el "vaco" es por definicin una constante universal de valor 299 792 458 m/s (aproximadamente 300 000 km/s)

Se denota con la letra c, proveniente del latn celerits (velocidad), y tambin es conocida como la constante de Einstein.

La velocidad de la luz fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983, pasando as el metro a ser una unidad dada en funcin de esta constante y el tiempo.

6ndice de refraccin

Se llama ndice de refraccin absoluto n de un medio transparente al cociente entre la velocidad de la luz en el vaco ,c, y la velocidad que tiene la luz en ese medio, v.

El valor de n es siempre adimensional y mayor que la unidad, es una constante caracterstica de cada medio: n = c/v.

7Reflexin y refraccin de la luz (I)

Reflexin

Cuando un rayo incide sobre una superficie pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexin":

El rayo incidente forma con la normal un ngulo de incidencia que es igual al ngulo que forma el rayo reflejado y la normal, que se llama ngulo reflejado.

El rayo incidente, el reflejado y la normal estn en el mismo plano.

8Reflexin y refraccin de la luz (II)

Refraccin

Se dice que un rayo se refracta (cambia de direccin) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. En la refraccin se cumplen las siguientes leyes:

El rayo incidente, el refractado y la normal estn en el mismo plano.

Se cumple la ley de Snell: sen i / sen r=v1

/ v2

, y teniendo en cuenta los ndices de refraccin: n1sen i=n2 senr.

La luz se refracta porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de vibracin no vara al pasar de un medio a otro, cambia la longitud de onda de la luz como consecuencia delcambio de velocidad. La onda al refractarse cambia su longitud de onda.

e = v t equivale a vT =

9Reflexin y refraccin de la luz (III)

ngulo lmite

Cuando la luz pasa de un medio a otro cuyo ndice de refraccin es mayor, por ejemplo del aire al agua, los rayos refractados se acercan a la normal. Si el ndice de refraccin del segundo medio es menor, los rayos refractados se alejan de la normal.

En este caso, si consideramos que n1 >n2 y aumentamos el ngulo de incidencia, llega un momento en que el ngulo de refraccin se hace igual a 90, lo que significa que el rayo refractado desaparece. Como el seno de 90 es uno, el ngulo de incidencia para el cual ocurre este fenmeno viene dado por c = n2/n1. Este ngulo de incidencia c recibe el nombre de ngulo lmite, ya que si aumenta ms el ngulo de incidencia, la luz comienza a reflejarse ntegramente, fenmeno que se conoce como reflexin total.

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Lmina de caras planas y paralelas

Un trozo de sustancia transparente limitado por dos planos paralelos constituye una lmina de caras paralelas.

Un rayo de luz que atraviesa una lmina de caras paralelas no se desva, sino que sufre un desplazamiento lateral con respecto a la direccin de incidencia.

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Prisma ptico

Es una porcin de sustancia transparente limitada por dos caras planas

que se cortan, formando un ngulo .

; ' '

' ' ' ( ')

'

' resulta que

2 ,ngulodedesviacinmnimam

i r i r

i r i r i r r

i i

Si i i

i

= +

= + = +

= + = + +

= +

=

=

12

Dispersin de la luz

Descomposicin de la luz blanca en sus componentes espectrales cuando atraviesa un medio de refraccin, como el cristal.

El grado de dispersin depende del ngulo de incidencia y del ndice de

refraccin del medio.

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Espectroscopia

El objetivo de la espectroscopia es caracterizar la luz proveniente de un objeto de acuerdo con las longitudes de onda que la componen.

El espectro depende de la composicin y otras propiedades del objeto en cuestin.

La longitud de onda de la luz emitida o absorbida por un cuerpo depende esencialmente de las interacciones entre los niveles de energa de los objetos que componen el cuerpo y la energa de los fotones del la luz.

Espectros de emisin: cuando la luz estudiada es la luz emitida por un cuerpo, como vapor de gas o metal caliente (filamento).

Espectro de absorcin: cuando el cuerpo estudiado est situado entre una fuente de luz (conocida) y el espectrmetro.

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La luz como onda electromagntica (I)

Interferencias

Interferencia constructiva: cuando dos ondas interfieren en los puntos en que coinciden las dos crestas se dice que hay interferencia constructiva. En estos puntos se suman las amplitudes de las ondas.

Interferencia destructiva: al inferir dos ondas, en los puntos donde coincide una cresta de una onda con un valle de la otra onda se dice que hay interferencia destructiva. Las amplitudes en este caso se restan y pueden anularse por completo

= nxx 21

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La luz como onda electromagntica (II)

Difraccin

Es el fenmeno del movimiento ondulatorio en el que una onda de cualquier tipo se extiende despus de pasar junto al borde de un objeto slido o atravesar una rendija estrecha, en lugar de seguir avanzando en lnea recta.

Polarizacin

Es un fenmeno por el cual las vibraciones de un rayo luminoso, que como sabemos se producen en todos los planos normales a la direccin de propagacin de ste, se realizan preferentemente en un solo plano determinado, que se llama, precisamente, plano de polarizacin.