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La Luz: Una Onda electromagnética
Cargas aceleradas producen ondas
electromagnéticas.
Durante
la
propagación de la onda, el campo
eléctrico (rayas rojas) oscila en un
eje perpendicular a la dirección de
propagación. El campo magnético
(rayas azules) también oscila pero
en dirección perpendicular al campo
eléctrico.
La velocidad de la luz es de 300.000 Kilómetros/segundo. A
esta velocidad:
- se le da la vuelta entera a la Tierra en 20 milisegundos.
- se viaja a la Luna en 1,3 segundos.
- se llega al Sol en 8 minutos 19 segundos.
- se llega a la estrella más cercana en 4,2 años.
Dispersión de la luz
•Esto es debido a que la velocidad de la luz en un medio cualquiera
varía con la longitud de onda (el índice de refracción de un medio y por
tanto la velocidad de la luz en el mismo depende de la longitud de onda.
Cada color tiene una longitud de onda distinta). Así, para un mismo
ángulo de incidencia, la luz se refracta con ángulos distintos para
diferentes colores.
•Uno de los fenómenos de la luz natural es su descomposición en todos
los colores del arco iris, desde el rojo hasta el violeta, cuando se
refracta a través de algún material de vidrio, este fenómeno recibe el
nombre de dispersión.
Espectro de la luz
Hay diferentes tipos de energía provenientes del Sol. Todos los tipos de energía forman
parte del espectro electromagnético. Generalmente el espectro se divide en siete partes :
Radiación Gamma
Los rayos gamma tienen longitudes de onda más
cortas de cualquier otro tipo de radiación.
Radiación de Rayos x
Los Rayos x viajan a través de materiales como
el tejido de la piel y órganos, pero rebota contra
huesos sólidos. Es por esto que los médicos los
usan para tomar fotografías de los huesos.
Radiación ultravioleta
La radiación ultravioleta (UV) que provienen del Sol,
la mayor parte está bloqueada por la atmósfera de la
Tierra, pero algunos logran pasar. La radiación UV
ayuda a que las plantas crezcan, y a crear vitamina
D en los humanos. Sin embargo, demasiada
cantidad de UV puede causar quemaduras y cáncer
de piel, cataratas, y también puede dañar a las
plantas
Espectro de la luz II
Radiación visible:
Esta es la parte del espectro electromagnético que las personas pueden ver. Incluye
todos los colores del arcoiris los cuales, cuando se combinan, dan origen a la luz
blanca.
Radiación Infrarroja:
Los instrumentos sobre los satélites, que detectan
plantas, tipos de rocas y características de la
atmósfera, usan radiación infrarroja.
Ondas de radio :
Estas ondas se usan para hacerte llegar las
melodías de tus estaciones de radio favoritas,
pero también son un tipo de radiación que
proviene del Sol.
Microondas:
Las microondas pueden ser usadas para estudiar al Universo,
comunicarse con satélites y cocinar palomitas de maíz
Reflexión de la luz
N
Rayo incidente
i
Medio 1
n1
Medio 2
n2
n= c/v
c= 3.108 m/s
Rayo Reflejado
r
Leyes de Snell de la reflexión:
1.
Los rayos incidente, reflejado, los ángulos
incidente, reflejado, la normal están en el
mismo plano.
2.
El ángulo de incidencia y el reflejado son
iguales. i = r
•En el vacío la velocidad de las radiaciones luminosas no depende de la longitud de
onda de éstas, sino que es constante. Sin embargo en los medios materiales sí
depende de ella.
•La frecuencia de las radiaciones luminosas es igual en el vacío que en los medios
materiales, no así las longitudes de ondas. (Es debido al cambio de valor de la
velocidad de dichas radiaciones según el medio).
Refracción de la luz
N
Rayo Incidente
Medio 1
n1
Medio 2
n2
n1= c/v1 n2= c/v2
i
Rayo Refractado
r
Leyes de Snell de la refracción:
1.
Los rayos incidente, reflejado, los ángulos incidente,
reflejado, la normal están en el mismo plano.
2.
Se cumple la siguiente relación:
n1 sen i = n2 sen r
Reflexión Total
1.-Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro con menor
índice de refracción, se refracta alejándose de la normal.
r1
Aire n1
r3=90º
r2
n2<n1
Vidrio n2
i2
i1
i3
i4
r4
2.- Al incidir con un ángulo mayor, el ángulo de refracción también se hace
mayor.
3.- Para cierto ángulo de incidencia, llamado ángulo limite, el ángulo de
refracción r vale 90º.
4.-Para ángulos de incidencia mayores, la luz se refleja totalmente. Es el
fenómeno de la reflexión total.
n1 sen i = n2 sen 90º;
sen L = n2/n1 = n21
Difracción
La teoría de la difracción de la luz nos enseña que la imagen que da un punto
luminoso no es un punto sino una mancha circular brillante rodeada de anillos
concéntricos que alternan entre oscuros y luminosos cada vez más apagados.
La difracción se produce cuando la longitud de onda de una onda es de un
tamaño similar a los obstáculos o a las rendijas. Las ondas de mayor
longitud de onda se difractan más. Esto explica por qué no es usual observar
la difracción de la luz: la longitud de las ondas de la luz es sumamente
pequeña, pequeñísima comparada con el tamaño de los objetos que nos
rodean. Como resultado de la difracción de la luz, los contornos de las
sombras pierden su nitidez; la frontera entre luz y sombra deja de ser clara.
En la zona del borde aparecen franjas claras y oscuras, como se ilustra en
Polarización
Propagación de la luz en medios
anisótropos
Polarización de una onda


Propiedad de las ondas transversales: La vibración es
perpendicular a la dirección de propagación
Se define la dirección de polarización como la
dirección de vibración del campo eléctrico E
Fuente puntual: Ondas
polarizadas (antenas ..)
Muchas fuentes: Ondas
no polarizadas (sol..)
Polarización lineal

La vibración se mantiene fija respecto a una línea fija en
el espacio
Onda que se propaga en dirección X
y está polarizada
linealmente en dirección Y
Polarización Elíptica o Circular

El vector campo eléctrico va cambiando en el tiempo
describiendo elipses o circunferencias
Onda polarizada circularmente que
se propaga en dirección X.
El campo E es una superposición
de un campo vibrando en
dirección Y y otro en dirección Z
Polarización por absorción: filtros
polarizadores

Un polarizador ideal deja pasar el 100% de la luz
incidente en dirección de su eje de transmisión y
bloquea toda la luz que incide vibrando en la
dirección perpendicular
Dep. de Física y Química
I.e.s.”Dr. Rodríguez Delgado
Ley de Malus

Cuando la luz natural incide sobre un polarizador, la
intensidad transmitida es la mitad de la incidente

Al pasar por un segundo polarizador que forma un cierto
ángulo con el primero
Dep. de Física y Química
I.e.s.”Dr. Rodríguez Delgado
Recordad que la intensidad
es proporcional al cuadrado del
Campo eléctrico
La Luz: Formación de imágenes
Espejo Plano
Fundamentos de Física II
Espejo plano (II)




La imagen es virtual (se cortan las
prolongaciones, no los rayos)
La imagen está a la misma distancia del espejo
que el objeto.
La imagen no está invertida (pero es
“especular”).
El aumento es M=h’/h=1
Fundamentos de Física II
Rayos principales



Los rayos que vienen del infinito (paralelos al eje
óptico) pasan por el foco.
Los rayos que pasan por el foco salen paralelos
al eje óptico (reversibilidad de los rayos)
Los rayos que pasan por el centro no se desvían
(vuelven por el mismo camino)
Fundamentos de Física II
Lentes convergentes



Son lentes convergentes aquellas en las que los
rayos que vienen del infinito paralelos al eje son
desviados hacia un punto  converger.
Tienen focal imagen positiva: f’>0
Son más gruesas en el centro que en los
extremos.
Fundamentos de Física II
Lentes convergentes I
Objeto situado entre el infinito y el doble de la
distancia focal
y
f
f’
y’
Imagen real, menor e invertida.
Lentes convergentes I
Objeto situado a dos veces la distancia focal
y
f
f’
y’
Imagen real, invertida y de igual tamaño.
Lentes convergentes II
Objeto situado en el foco
Objeto real en el foco
y
f
f’
y’
No se forma imagen
Lentes convergentes III
Objeto situado entre el foco y el lente
Objeto real a la derecha del
foco
y’
y
f
Imagen virtual y mayor
La imagen es virtual, derecha y mayor
f’
Lentes divergentes



Son lentes divergentes aquellas en las que los
rayos que vienen del infinito paralelos al eje son
desviados hacia afuera  diverger. Sus
prolongaciones se cortan en un punto (foco
imagen).
Tienen focal imagen negativa: f ’<0
Son más delgadas en el centro que en los
extremos.
Fundamentos de Física II
Lentes divergentes
IV
Objeto real antes del foco
y
y’
f
f’
Imagen virtual
Imagen virtual, derecha y menor.
Defectos de la visión
Hiperpemetropía
Miopía
Formación de imágenes en espejos
esféricos
De los infinitos rayos que parten del punto A de un objeto, es
posible fijarse solo en los que inciden sobre un espejo convexo
en una zona cercana al eje .Todos ellos se reflejan ; y algunas
A veces los propios rayos, otras sus prolongaciones, se cortarán
en un punto A’, que será la imagen de A.

B
Para un punto B situado sobre el eje, su imagen es un punto B’
situado sobre el eje. Todos los puntos intermedios entre A y B
tienen su imagen entre A y B.

Si se quiere situar la posición de la imagen, no es necesario
trazar todos los rayo; será suficiente con dos de ellos. No
obstante, se disponen de tres que son fáciles de dibujar.
VEAMOSLO:
ESPEJOS
•Centro de curvatura C: Es el centro de la
superficie esférica que constituye el espejo.
Espejo cóncavo
•Radio de curvatura R: Es la distancia entre
el centro del la esfera (o centro de curvatura).
•Centro del espejo O: Es el origen del centro
de coordenadas.
R
•Eje principal o eje óptico: Es la recta que
pasa por su centro O y por su centro de
curvatura.
O
C
F
f
Eje
Espejo convexo
•Distancia focal f: Es la distancia entre el centro O
y el foco F.
R
O
Eje
f
F
C
•Foco F: Es el punto del eje por el que pasan los
rayos paraxiales (aquellos cercanos al eje), o sus
prolongaciones, cuando inciden paralelos al eje.
•Los rayos que inciden sobre el espejo paralelos al eje óptico se reflejan y
cortan el eje en un punto, llamado foco, si son cóncavos, o en sus
prolongaciones si son convexos.
Espejos convexos
•El foco F en un espejo convexo
está detrás del espejo. Los rayos
van a incidir por la parte convexa.
M
A
N
A’
B
•Rayo AM: Paralelo al eje, se
refleja de forma que él o su
prolongación pasa por el foco F.
•Rayo AN: que incide normal al
espejo y cuya prolongación
pasa por el centro de curvatura
C, vuelve por la misma
dirección.
•Rayo AF: que se dirige hacia el foco, se
refleja paralelo al eje.
B’
F
C
Las imágenes de los espejos
convexos son siempre virtuales,
derechas y de menor tamaño
Ejemplo: espejos en los
cruces de las calles.
Espejos cóncavos
Existen varios casos:
1.- Si el objeto está entre el infinito y el centro de curvatura.
2.- Si el objeto está situado en el centro de curvatura.
3.- Si el objeto está entre el centro de curvatura y el foco.
4.- Si el objeto está entre el foco y el espejo.
C
F
Pulsa en cada número para ver la formación de las
imágenes.
Formación de imágenes en un espejo
cóncavo (II)
2.- Si el objeto está situado en el centro de curvatura.
C
F
Imagen real a tamaño natural, real e invertida
Formación de imágenes en un espejo
cóncavo (I)
1.- Si el objeto está entre el infinito y el centro de
curvatura.
C
F
Imagen real, invertida y mas pequeña
Formación de imágenes en un espejo
cóncavo (III)
3.- Si el objeto está situado entre el centro de curvatura y el foco.
C
F
Imagen real invertida, pero aumentada
Formación de imágenes en un espejo cóncavo
(IV)
4.- Si el objeto está situado entre el foco y el espejo.
C
F
Imagen virtual, derecha y aumentada
Resumen
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:
Lentes y espejos:
Documento: propiedades de la luz:
Oscilador armónico simple: