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Tema 10 La luz
Ondas electromagnéticas
Son transversales y consisten en la propagación sin necesidad de ningún soporte
material, de un campo eléctrico y de un campo magnético perpendiculares entre sí y a la
dirección de propagación.
Características
 Son originados por cargas eléctricas aceleradas.
 Consisten en la variación periódica del estado electromagnético del espacio
 No necesitan soporte material para propagarse.
 En estas ondas, los vectores del campo eléctrico y magnético, E y B, varían
periódicamente con el tiempo y la posición.
Los módulos de los vectores E y B, en una posición y un tiempo determinado cumplen:
𝐸0
1
=𝑐=√
= 3 · 108 (𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑢𝑧 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑦 𝑣𝑎𝑐í𝑜)
𝐵0
𝜇0 𝜀0
La velocidad de las ondas electromagnéticas dependen del medio de propagación.
Las ondas electromagnéticas también cumplen las relaciones entre velocidad, longitud
𝑐
de onda y frecuencia: 𝜆 = 𝑐 · 𝑇 = 𝑓 ; 𝑓 = 𝑐𝑡𝑒
𝐸 = 𝐸0 sen(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥)
𝐵 = 𝐵0 sen(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥)
Espectro electromagnético
Llamamos espectro electromagnético a la secuencia de todas las ondas
electromagnéticas conocidas, ordenadas según su longitud de onda o su frecuencia.
La superficie de onda o frente de onda está formado por todos los puntos que se
encuentran en el mismo estado de vibración.
Propagación rectilínea de la luz
Un rayo luminoso es una línea recta con orientación definida que determina la dirección
de propagación de la luz.
Fenómenos luminosos
Debido a la naturaleza ondulatoria de la luz, ésta presenta unos fenómenos
característicos.
Reflexión y refracción
la velocidad de la luz es mayor en el vacío que en los medios materiales.
En el vacío, la velocidad de las radiaciones luminosas no depende de su longitud de
onda, si no que es constante.
La frecuencia de las radiaciones luminosas es igual en el vacío que en los medios
materiales, no así la longitud de onda.
Índice de refracción
El índice de refracción absoluto de un medio es la razón entre la velocidad de la luz en el
vacío, c, y la velocidad v de propagación en este medio.
𝑐
𝑐
𝑛2 𝑣1
𝑛 = 𝑛1 =
=
𝑣
𝑣1 𝑛1 𝑣2
Longitud de onda e índice de refracción
Al ser la frecuencia independiente del medio material, cuando varia la velocidad,
también tiene que variar la longitud de onda.
𝜆
𝑛 = 𝜆0
Angulo límite y reflexión total
Se produce cuando la luz pasa de un medio a otro de índice de refracción menor. Para
un cierto ángulo de incidencia, llamado ángulo limite, el ángulo de refracción r vale 90º.
Para ángulos de incidencia mayores, la luz se refleja totalmente. Es el fenómeno de la
reflexión total.
El ángulo limite L es el ángulo de incidencia al que corresponde un ángulo de refracción
de 90º.
Dispersión
Es la descomposición de la luz compleja en otras mas simples, es decir la separación de
la luz compuesta en las longitudes de onda que la componen. Si un haz de rayos de luz
de distintas longitudes de onda inciden sobre un prisma óptico, cada radiación simple
se refractará con un ángulo distinto y emergerán separados.
Formación del arco iris
El arco iris se forma por la dispersión de la luz solar debido a su refracción dentro de las
gotas de agua suspendidas en el aire tras la lluvia. Para poder observarlo, debemos
tener el sol detrás de nosotros.
Arco iris secundarios se forma por doble reflexión en el interior de las gotas de agua.
Por ello, los colores se ven invertidos respecto al arco iris primario.
Absorción
La absorción de la luz es el fenómeno que consiste en la retención de una parte de la
energía que recibe un cuerpo cuando es iluminado.
Interferencia y difracción
Principio de Huygens: cualquier punto de un frente de onda se convierte en un centro
puntal productor de ondas elementales secundarias, de la misma velocidad y frecuencia
que la onda inicial, cuya superficie envolvente constituye un nuevo frente de onda.
Interferencia
Cuando dos ondas coinciden en un mismo punto del espacio de aplica el principio de
superposición.
Un punto de un medio que es alcanzado simultáneamente por dos ondas que se
propagan por este medio experimenta una vibración que es la suma de las que
experimentaría si fuese alcanzado por cada una de las ondas.
Constructiva 𝑥1 − 𝑥2 = 𝑛 · 𝜆
𝜆
Destructiva 𝑥1 − 𝑥2 = (2𝑛 + 1) · 2
Difracción
Si las ondas luminosas son interceptadas por un obstáculo de unas dimensiones iguales
o inferiores a la longitud de onda, se observa que el contorno de la sombra no es
perfectamente nítido. Se aprecia franjas claras y oscuras. Se trata del fenómeno de la
difracción. Las ondas luminosas rodean los obstáculos y llegan a puntos situados detrás
de ellos y ocultos al foco.
Cada punto de la rendija se convierte en emisor de ondas elementales en fase que
interfieren entre si. De ahí la semejanza entre los fenómenos de interferencia y
difracción.
Polarización
Un haz luminoso está polarizado linealmente si las oscilaciones del campo eléctrico
tienen lugar siempre en la misma dirección.
Polarización por reflexión.
La polarización es total para un ángulo de incidencia tal que el rayo reflejado y el rayo
refractado forman un ángulo de 90º. Este ángulo de incidencia se llama ángulo de
polarización.
La polarización es total cuando la tangente del ángulo de incidencia es igual al índice de
refracción del medio en el que tiene lugar la refracción.
Espejos
Llamamos espejo a toda superficie lisa y pulida capaz de reflejar los rayos luminosos.
Pueden ser planos o esféricos según como sea la superficie.
𝑓1 = 𝑓2 = 𝑓
𝑠2−1 + 𝑠1−1 = 𝑓2−1
𝑟 = 2𝑓
𝐴𝑙 =
𝑦2 −𝑠2
=
𝑦1
𝑠1
Lentes
Una lente es un sistema óptico formado por un medio transparente de índice de
refracción diferente al del medio exterior y que limita mediante dos superficies o
dioptrios, uno de los cuales es esférico y el otro puede ser plano o esférico.
𝑓1 = −𝑓2
𝑦2 𝑠2
𝑠2−1 − 𝑠1−1 = 𝑓2−1 = 𝑃
𝐴𝑙 =
=
𝑦1 𝑠1
𝑆𝑖 𝑃 > 0 → 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑝í𝑎
𝑆𝑖 𝑃 < 0 → 𝑑𝑖𝑣𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑚𝑖𝑜𝑝í𝑎