LUZ
NATURALEZA DE LA LUZSobre la naturaleza de la luz se tienen antecedentes que se retoman a la época de los griegos,que buscaban encontrar una explicación a los fenómenos en que interviene la luz.
Algunas teorías son:
Planton:Planteo que los rayos de luz se originaban y salían de los ojos.
Pitagoras:El decía que la luz es algo que emana de los cuerpos luminosos en forma de paticulas muy finas,choca contra los objetos y rebota de ellos:cuando la luz penetra en los ojos,produce la sensación de ver el objeto desde el cual reboto.
Isaac Newton:Plantea una teoría corpuscular y pensó que la luz estaba constituida por numerosos corpúsculos o haz de pequeñas partículas,que viajaban en linea recta,emitidas por una fuente luminosa.Las partículas al chocar con la retina permiten ver las cosas al recibir la sensación luminosa.
Christian Huygens:Planteo la teoría ondulatoria,afirmaba que la luz era un cierto tipo de onda longitudinal que se propagaba en la dirección de la vibración de las partículas muy semejante a como se propaga el sonido.
Thomas Young:Descubre los fenomenos de interferencia y difraccion de la luz.Huygens y Younf¿g planearon que el modo como se transmitia era un medio que existia ene le espacio e incluso en el vacio y lo llamaron "eter".
James Clerk Maxwell:Planteo su teoría de onda electromagnética como las del radio y el radar;esto explicaba porque la luz se puede propagar en el vació. Experimentos posteriores desecharon que no existía ningún éter rodeando a la tierra.
Henrich Hertz:Descubrio el efecto fotoeléctrico el cual consistía en la transformación de la energía luminosa en energía eléctrica. En este fenómeno la luz se comporta como si estuviera formada por paquetes discretos de energía llamados fotones,que arrancan electrones de un metal expuesto a la luz.
Hoy en día,los científicos consideran que la luz se comporta en ciertos fenómenos como si fuera un haz de partículas llamados fotones, y en otros fenómenos, como si fuera una onda
MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DE LA LUZ
Su velocidad depende del medio en el que viaja.El tiempo que tarda en llegar a nuestro ojo un rayo de luminoso es tan pequeño que todavía a mediados del siglo XVII se creía, que la velocidad de la luz era infinita y se propagaba instantáneamente de un punto a otro.Cada científico tubo una distinta manera de medirla.
Albert Michelson (1852-1931).
El físico estadounidense determina la velocidad de la luz usando el siguiente método. Coloco ocho espejos para formar un prisma octagonal regular, que giraba a una velocidad angular muy grande y el cual reflejaba la luz.Conociendo la distancia entre el espejo pano octagonal y el espejo esférico,la velocidad angular del espejo plano octagonal, determino en 299,705.5 Km/s la velocidad de la luz.
En la actualidad aunque se han obtenido valores mas exactos de la velocidad de la luz,para problemas cotidianos la velocidad de la luz se identifica con la letra c y en el vacio se considera igual a :
c=300,000 km/s o 300,000,000 m/s
La luz viaja con menor velocidad en otros medios,por ejemplo en el agua es de 225,000 km/s.
REFLEXIÓN DE LA LUZ
Se define como la reflexion de la luz como el cambio de direccion cuando un rayo de luz no pueden continuar propagandose en direccion rectilinea por impedirselo algun obstaculo.
Existen dos clases de reflexión:
Reflexion regular o especular:Se presenta cuando la luz se refleja en una superficie lisa o brillante.En esta superficie los rayos reflejados originados por rayos incidentes, son paralelos.
Reflexion irregular o difusa:Se presenta cuando la luz se refleja en una superficie rugosa o áspera. En esta superficie los rayos reflejados no son paralelos.
ELEMENTOS DE LA REFLEXION
a) Rayo Incidente.Es el rayo luminoso que llega a la superficie de un objeto procedente de la fuente luminosa.
b) Rayo reflejado.Es el rayo rechazado por el mismo objeto una vez producida la reflexión.
c) Normal.Es una linea recta imaginaria perpendicular a la superficie reflejante en el punto donde se produce la reflexión.
d) Angulo de incidencia.Es el angulo que forma el rayo incidente con la normal.
e) Angulo de reflexión.Es el angulo que forma el rayo reflejado con la normal.
LEYES DE LA REFLEXIÓN.
Primera Ley de la Reflexión.El rayo incidente, la normal a la superficie reflejante en el punto de incidencia, y el rayo reflejado, se encuentran en el mismo plano.
Segunda Ley de la Reflexión.El angulo de incidencia es igual al angulo de reflexión.
CLASIFICACION DE ESPEJOS.
Espejo plano.Es una superficie lisa y plana que refleja especularmente la luz.
a) Genera imagenes virtuales.Estas no pueden ser recogidas en una pantalla, ya que los rayos no atraviesan el espejo,son una ilusion optica.
b) El objeto y la imagen son simétricas con respecto al espejo.La distancia que parece haber entre la imagen y el espejo es igual a la que hay entre el espejo y el objeto.
c) La imagen es derecha,porque la imagen esta orientada en la misma dirección del objeto.
d) Conserva el mismo tamaño la imagen y el objeto.
e) Inversión derecha-izquierda,es decir cuando nos colocamos de frente a un espejo y levantamos la mano derecha, en la imagen se ve como si se moviera la mano izquierda.
ESPEJOS ESFÉRICOS
Es aquella superficie pulida de un casquete de una esfera hueca, la cual refleja los rayos luminosos que inciden en la superficie".
CARACTERÍSTICAS DE UN ESPEJO ESFÉRICO .
a) Radio de curvatura o radio del espejo (R). Es la distancia del centro de curvatura al espejo o el radio de la esfera de la cual forma parte.
b) Vértice del espejo (V).Es el punto medio del casquete.
c) Eje principal o eje óptico. Es la linea que pasa por el centro de la esfera e interseca a la superficie del espejo en el vértice.
d) Centro de curvatura (C).Centro de la superficie de la esfera.
e) Eje secundario.Es cualquier recta que pase por el centro de curvatura.
f) Foco de un espejo (F).Es el punto del eje principal en donde coinciden después de reflejarse los rayos luminosos que inciden paralelos al eje principal y se encuentra a la mitad de la distancia del centro y el vértice.
g) Distancia focal (f).Es la distancia entre el foco y el vértice y equivale a la mitad del radio de curvatura.Matematicamente equivale a f=R/2
a) Concavo.Es un espejo esférico cuya superficie reflectora se encuentra en la parte interior de la superficie esférica. Tiene la característica que refleja los rayos paralelos al eje principal dirigiéndolos hacia un punto fijo llamado foco.
b) Convexo.Es un espejo esférico cuya superficie reflectora se encuentra en la parte externa de la superficie esférica.
IMÁGENES EN ESPEJOS ESFÉRICOS.
Las imágenes en espejos esféricos se basan en determinar los rayos principales, cuya trayectoria se puede obtener, y que permiten construir las imágenes que producen los espejos.
Rayo Paralelo: Es un rayo paralelo al eje principal del espejo que pasa por el foco al reflejarse (cóncavo) o párese provenir del foco (convexo).
Rayo Principal:Es un rayo que pasa por el centro de curvatura que se refleja en su misma dirección.
Rayo Focal:Es un rayo que pasa por el foco al reflejarse y lo hace paralelamente al eje principal.
Imagen Virtual:Es aquella en que los rayos luminosos paresen divergir y no pueden formarse en una pantalla. También suele pensarse como aquella imagen que parese formarse "dentro" del espejo.
Imagen Real.Esto sucede cuando se forma por la convergencia de los rayos luminosos y puede ser recibida en una pantalla colocada en el sitio donde se forma la imagen.
Imagen Derecha.Esto sucede cuando se tiene la misma posición que el objeto y sera invertida en caso contrario.
Tamaño de la Imagen.Este depende de la posición del objeto con respecto al foco del espejo,pudiéndose ser mayor,menor o igual.
REFRACCIÓN DE LA LUZ.
La refracción de la luz consiste en el cambio de dirección que sufren los rayos de luz cuando pasan de un medio transparente a otro de diferente densidad.
El cambio de dirección que sufren los rayos de luz se debe a que la luz viaja con distinta velocidad al penetrar a un medio de diferente densidad.
a) Rayo incidente.Es el rayo que se propaga en el primer medio.
b) Rayo refractado.Es el rayo que se propaga en el segundo medio.
c) Normal.La recta perpendicular a la superficie de separación de ambos medios en el punto de incidencia.
d) Angulo de incidencia. El angulo formado por el rayo incidente y la normal.
e) Angulo de refracción. El angulo que forma el rayo refractado y la normal
LEYES DE LA REFRACCIÓN.
En la refracción se cumplen dos leyes:
Primera Ley.El rayo incidente, la normal, y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.
Segunda Ley. El seno del angulo de incidencia y el seno del angulo refracción en sus respectivos medios.
El descubrimiento de esta Ley se le atribuye al astrónomo y matemático Willebord Snell, y se le conoce como la Ley de Snell.
INDICE DE REFRACCIÓN
El indice de refracción es la relación que existe entre la velocidad de la luz en el vacio y la velocidad de la luz en un material determinado.
Esta se expresa como:
FENÓMENOS CAUSADOS POR LA REFRACCIÓN
La refracción de la luz es responsable de muchos fenómenos que se puedan observar en la vida cotidiana.
ESPEJISMO
Este fenómeno se produce en las carreteras en días calurosos de verano.Las capas de aire que están a diferente temperatura provocan la refracción de la luz.La capa mas cercana a la carretera tiene aire que esta a mayor temperatura y menor indice de refracción. Si analizamos un objeto sobre una carretera por ejemplo un automóvil, notamos que los rayos de luz provenientes directamente del auto, llegan a los ojos y observamos el automóvil sobre la carretera.Otra parte de los rayos provenientes del auto chocan contra el piso de la carretera y se refracta en las capas de aire y posteriormente viajan hacia los ojos del observador.En esta trayectoria los rayos de luz cambian de dirección al refractarse en las diferentes capas de aire y como consecuencia se ve una imagen del auto invertida debajo de la superficie de la carretera.Ahora,el charco de agua que se ve a la luz del cielo que se refracta,es decir es una imagen del cielo.
Otro ejemplo es donde el aire cercano al suelo caliente con un indice de refracción menor que el aire situado mas arriba que esta mas frio. Este hace que el rayo se curve,formando el espejismo.
LENTES
Se define como todo cuerpo transparente que se encuentre limitado por dos superficies esfericas, o por una plana y otra esferica.
Se fabrica con material transparente como vidrio,plastico o cristal.
Algunas lentes son:
ELEMENTOS DE UNA LENTE
Centro óptico (O). Es el centro geométrico de la lente, donde no se desvía ningún rayo luminoso que pasa por el.
Eje principal u óptico. Recta que pasa por el centro óptico y por los focos.
Eje secundario. Es cualquier recta que pase por el centro óptico.
Foco (F). Punto donde ocurren los rayos paralelos al eje principal después de atravesar la lente.
Distancia focal (f). Es la distancia entre el centro óptico de una lente y el foco en cualquier lado de la lente.
Las lentes se clasifican en:
Lente convergente o convexa.
Son aquellas cuyo espesor va disminuyendo del centro hacia los bordes, por lo que son mas gruesas en el centro que en los bordes.
La lente convergente tiene la propiedad de que los rayos incidentes de luz paralelos al eje principal de la lente que atraviesan al lente son desviados hacia el eje y convergen en un punto llamado foco.La luz al pasar atreves de una lente en dos direcciones da como resultado que existan dos puntos focales,una de cada lado de la lente y que están a igual distancia focal.
Las lentes convergentes dan siempre dos tipos de imágenes: reales y virtuales.
Las imágenes reales se forman cuando la luz pasa por la imagen y se pueden proyectar en una pantalla:en cambio en las imágenes virtuales la luz no pasa atreves de la imagen y no se puede proyectar.
Las lentes convergentes se usan para obtener imágenes de los objetos,como las cámaras fotográficas, en los microscopios, corregir defectos visuales de una persona hipermetropes, la lupa, proyector de acetatos, entre otros.
Lente divergente o concava
Son aquellas lentes cuyo espesor disminuye de los bordes hacia el centro,por lo que los extremos son mas gruesos que el centro.
Las lentes divergentes tienen la propiedad de que los rayos de luz que inciden paralelos al eje principal de la lente, salen de la lente y se desvían hacia los bordes,como si provinieran de un punto llamado foco situado frente a la lente. También en este caso existen dos focos a igual distancia del centro.Un rayo que pase por el centro de la lente no se desvía.
LOS INSTRUMENTOS ÓPTICOS
EL OJO HUMANO
El ojo humano se asemeja a una cámara fotográfica en su estructura básica. Una cámara fotográfica esta formado por un lente convergente, que se utiliza para enfocar las imágenes en una película sensible a la luz, tiene un diafragma para ajustar la abertura, y un obturador para controlar la cantidad de luz que entra a la cámara.
En el caso del ojo humano también tiene una lente convergente (cristalino) que enfoca las imágenes en un recubrimiento sensible a la luz (la retina).El parpado se puede considerar como un obturador:nada mas que en el ojo humano el parpado esta normalmente abierto y expuesto a la luz en forma continua.El sistema nervioso hace una función análoga a la del obturador, que analiza las señales para formar las imágenes que produce el ojo, con una frecuencia de 20 a 30 veces por segundo.
El estudio del funcionamiento del ojo ha permitido comprobar que la luz entra al ojo humano a través de un tejido transparente llamado cornea, después pasa por un diafragma llamado iris (parte colorida del rojo), cuya abertura central se llama pupila (color negro).Mediante acción muscular, el iris puede cambiar el área de la pupila,es decir, puede contraerse o dilatarse,así controla la cantidad de luz que entra al ojo humano.
Después la luz pasa por el cristalino, que es una lente convergente formado por fibras microscópicas. Cuando los músculos fijos al cristalino ejercen presión sobre el cristalino, las fibras modifican la forma de la lente:de esta forma ayudan a enfocar la imagen que se proyecta en la retina.
Al final la luz entra en la pared interna del globo ocular donde hay una superficie sensible a la luz, llamada retina, que juega el papel de pantalla sobre la que se forman las imágenes. La retina esta formada por nervios y células fotosensibles, que actúan para transformar la energía luminosa en señales eléctricas que viajan a lo largo de los nervios.En la retina se forma una imagen real e invertida pero el cerebro interpreta la imagen como si estuviera derecha,haciendo que visualicemos el objeto en posición correcta.
MIOPÍA
Es la capacidad de ver con claridad objetos cercanos, pero no objetos lejanos, también se le llama cortas de vista.
Cuando un miope ve un objeto mas allá de su punto lejano, los rayos se enfocan frente a la retina.En consecuencia, la imagen sobre la retina es borrosa.
HIPERMETROPIA
Es la capacidad de ver con claridad objetos lejanos, pero no objetos cercanos, también se le conoce como vista casada.El punto mas cercano esta mas alejado de lo normal,por lo que una persona aleja los objetos para verlos nitidamente.
ASTIGMATISMO
Se presenta cuando la cornea o el cristalino, no es esférica, de modo que los objetos puntuales se enfocan como lineas cortas, lo que hace borrosa la imagen.En consecuencia, el ojo tiene distancias focales diferentes en distintos planos.
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