LUZ Y PTICA Montoya Hern de Alejandra70 d

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LUZ Y ÓPTICA Montoya. -

LUZ Y ÓPTICA Montoya. -

■ Herón de Alejandría(70 d. C) plantea que la rapidez de la luz es

■ Herón de Alejandría(70 d. C) plantea que la rapidez de la luz es infinita, ya que cuando abrimos los ojos vemos las estrellas de inmediato. ■ Ptolomeo(170 d. C) mide el ángulo de refracción pero no descubre la ley de Snell. ■ Euclides(300 d. C) afirma que la luz viaja en línea recta y lo prueba.

■ Qué es y como se comporta la luz y sus características ondulatorias ■

■ Qué es y como se comporta la luz y sus características ondulatorias ■ Las aplicaciones de la luz ■ Procesar datos y formular explicaciones. ■ Estudiar los fenómenos naturales.

El concepto de la luz a lo largo de la historia. ■ En la

El concepto de la luz a lo largo de la historia. ■ En la Grecia clásica se teorizaba acerca de la naturaleza de la luz ( Escuela atomista) ■ Proponía que los objetos emitían imágenes que llegaban hasta el alma de las personas a través de los ojos. ■ Alrededor del 1600 aparecen los primeros modelos formales , matemáticos , científico , racionales para explicar el fenómeno luminoso.

¿Qué es la luz? ■ La luz es una radiación electromagnética que puede ser

¿Qué es la luz? ■ La luz es una radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano, la luz esta formada por pequeñas partículas elementales que no poseen masas, estas son llamadas fotones. ■ Para explicar el comportamiento físico de luz se asume que esta posee una dualidad onda-corpúsculo

La luz …

La luz …

Contaminación lumínica en chile ■ Corresponde al resplandor o brillo producido por la difusión

Contaminación lumínica en chile ■ Corresponde al resplandor o brillo producido por la difusión de la luz artificial , la que disminuye la oscuridad de la noche , haciendo que se reduzca progresivamente la luz de las a estrellas. ■ No permite observar los astros por la noche ■ Dificulta el trabajo de los observatorios. ■ Chile cuenta con una norma de emisión para la regulación de la contaminación lumínica (1998)( previene el problema en los cielos de la II , IV regiones

Telescopio de espejo liquido en la luna ■ Los telescopios reflectores utilizan un espejo

Telescopio de espejo liquido en la luna ■ Los telescopios reflectores utilizan un espejo parabólico para captar una gran cantidad de luz y dirigirla a un pequeño punto. Mientras mas grande sea el espejo , mayor es la cantidad de luz que concentra , y , por lo tanto se pueden distinguir mejor los objetos de baja luminosidad

¿Cómo se mueve la luz? ■ La luz puede ser transmitida a través de

¿Cómo se mueve la luz? ■ La luz puede ser transmitida a través de una fibra óptica (fino cable de vidrio muy flexible ) ■ La luz tiene un comportamiento dual ■ Onda electromagnética ■ Corpúsculos o fotones.

Modelo ondulatorio. ■ A finales del siglo XVII , el físico y matemático Holandés

Modelo ondulatorio. ■ A finales del siglo XVII , el físico y matemático Holandés Cristian Huygens (1629 -1695)propuso que la luz tenia un comportamiento ondulatorio , ya que la `propagación rectilínea , la reflexión y la refracción eran perfectamente explicables mediante este modelo.

Modelo corpuscular ■ Al mismo tiempo que Huygens defendía su modelo , el físico

Modelo corpuscular ■ Al mismo tiempo que Huygens defendía su modelo , el físico Ingles Isaac Newton (16431727) propuso el modelo corpuscular , donde consideraba que la luz estaba compuesta por diminutas partículas (corpúsculos) emitidas desde una fuente luminosa. ■ ■ ■ Evidencias: La luz se propaga en línea recta La formación de sombras. La reflexión de la luz en los objetos

Lo que no explica el modelo corpuscular: ■ La refracción de la luz ■

Lo que no explica el modelo corpuscular: ■ La refracción de la luz ■ La difracción de la luz ■ El fenómeno fotoeléctrico. ■ Por el prestigio que gozaba Newton el modelo fue más aceptado y se impuso por sobre el de Huygens.

Historia de la luz • Alhacén(900) afirma que los objetos no tienen luz propia

Historia de la luz • Alhacén(900) afirma que los objetos no tienen luz propia sino que la reflejan, creo el primer prototipo de cámara, denominada la cámara oscura • Galileo(1667)construye un experimento y prueba que la luz es infinita • Roemer (1675 ) calcula la velocidad de la luz utilizando el periodo del satélite de júpiter (214. 000 km/s)

Historia de la luz • Pierre de Fermat(1680) afirma que la luz se transporta

Historia de la luz • Pierre de Fermat(1680) afirma que la luz se transporta de un punto a otro en un punto mínimo • Huygens (1690) dice que la luz es una onda mecánica y que necesita una sustancia llamada éter para viajar(teoria ondulatoria) • Newton(1704 ) asevera que la luz esta formada por corpúsculos, formada por pequeñas partículas con masa y viajan en línea recta(teoria corpuscular)

Historia de la luz • James Bradley(1729) intentó medir la distancia de una estrella

Historia de la luz • James Bradley(1729) intentó medir la distancia de una estrella observando su orientación en 2 momentos del año, con el movimiento de traslación obtuvo una triangulación. Visualizó un problema entre las distancias que explicó con la aberración estelar, tres años más tarde observaba Draco y obtuvo la velocidad de la luz(301. 000 km/s • Albert Michelson (1880) demostró que los rayos de luz enviados en diferentes direcciones desde la tierra se reflejan a la misma velocidad • James Maxwell(1873 ) concluye que la luz es una onda electromagnética que se propaga en el vacío de manera continua

Historia de la luz • Max Planck (1918) determina que la luz es una

Historia de la luz • Max Planck (1918) determina que la luz es una onda electromagnética discontinua y esta compuesta por numerosos paquetes de energía llamados cuantos • Louis de Broglie (1925 ) confirma que la luz presenta una dualidad, que en ocasiones se presenta en forma de onda y en otras como partícula Momentum de la partícula

Espectro electromagnético ■ Maxwell concluyo que la luz era una onda electromagnética, dependiendo de

Espectro electromagnético ■ Maxwell concluyo que la luz era una onda electromagnética, dependiendo de la energía de la onda, puede clasificarse según el tipo de radiación

Espectro visible

Espectro visible

Longitud de onda y frecuencia.

Longitud de onda y frecuencia.

 • • • Maxwell A mediados del siglo XIX, el físico ingles James

• • • Maxwell A mediados del siglo XIX, el físico ingles James Clerk Maxwell (1831 -1879) planteo su teoría electromagnética En ella relaciono fenómenos como la electricidad y el magnetismo con la luz. Maxwell desarrollo un notable desarrollo matemático de su teoría, que resumió en cuatro ecuaciones conocidas como las ecuaciones de Maxwell • Uno de los principales aspectos de la teoría de Maxwell era que las ondas electromagnéticas (entre las que se encuentra la luz visible) se producían por cargas eléctricas aceleradas , o fluctuaciones de campos eléctricos y/o magnéticos. A partir de esto se pudo confirmar que las ondas electromagnéticas eran transversales. • Tiempo después la teoría de Maxwell fue demostrada por Heinrich Hertz (1857 -1894)

SÍNTESIS Y REFLEXIÓN Respecto a los modelos propuestos por Huygens y Newton, responda: ¿Qué

SÍNTESIS Y REFLEXIÓN Respecto a los modelos propuestos por Huygens y Newton, responda: ¿Qué planteaban ¿Qué hechos explicaban de manera satisfactoria cada uno ¿Qué hechos o fenómenos no explicaban? Respecto a la evolución del concepto de luz, responda ¿De que manera se construye el conocimiento en ciencias? ¿podría haber surgido el modelo dual sin los estudios que lo precedieron? . Explique ¿Qué aspectos diferencian la concepción de la luz propuesta por Maxwell con aquella planteada por la mecánica cuántica?

Energía…

Energía…

Vector de Poynting.

Vector de Poynting.

Energía transportada.

Energía transportada.

Energía según Max Planck.

Energía según Max Planck.

Rayos de alta energía. ■ Rayos Alfa: se producen por la emisión de núcleos

Rayos de alta energía. ■ Rayos Alfa: se producen por la emisión de núcleos de Helio ( sp , 2 n) , por parte de un núcleo atómico inestable. ■ Rayos Beta: Se producen por electrones emitidos en el proceso de desintegración atómica. ■ Rayos Gamma: Conformados por fotones de alta energía.

El espectro electromagnético ■

El espectro electromagnético ■

Rayos X

Rayos X

Rayos ultravioleta ■

Rayos ultravioleta ■

Luz visible ■ Es una pequeña porción del espectro electromagnético cuyas ■ longitudes de

Luz visible ■ Es una pequeña porción del espectro electromagnético cuyas ■ longitudes de onda oscilan entre los 700 nm ( para el color rojo) y ■ los 400 nm ( para el color violeta). Transporta mayor energía que las ■ ondas infrarrojas.

Radiación infrarroja ■

Radiación infrarroja ■

Microondas ■ Son ondas que transportan mayor energía que las ondas de radio. ■

Microondas ■ Son ondas que transportan mayor energía que las ondas de radio. ■ Sus longitudes de onda oscilan entre 1 mm y 1 m. ■ Aplicaciones: Tienen múltiples aplicaciones , en telefonía celular , en la transmisión de señales de internet y en el horno de microondas , aparato que hace vibrar las moléculas de agua presente en los alimentos.

Ondas de radio ■ Corresponde a las de menor energéticas del espectro electromagnético. Sus

Ondas de radio ■ Corresponde a las de menor energéticas del espectro electromagnético. Sus longitudes de onda van desde 1 m hasta los ■ 100 km ■ Aplicaciones: se utilizan para transmitir señales de radio y televisión. En astronomía , algunos aparatos como los radiotelescopio captan las ondas de radio procedentes de diferentes objetos astronómicos.

Dato interesante. ■ Rosalind Franklin (1920 -1958) ■ Fue una química y cristalógrafa inglesa

Dato interesante. ■ Rosalind Franklin (1920 -1958) ■ Fue una química y cristalógrafa inglesa que estudio la estructura de algunos virus , el carbón y el grafito. Aplico los rayos X , en particular la difracción de ellos, para estudiar y describir la estructura de ADN.

Propiedades de la luz • -Interferencia • • Es un fenómeno en el que

Propiedades de la luz • -Interferencia • • Es un fenómeno en el que dos o más ondas se fusionan para formar una onda resultante de mayor, menor o igual amplitud.

Aplicación de la interferencia • La interferencia de la luz da lugar a muchos

Aplicación de la interferencia • La interferencia de la luz da lugar a muchos fenómenos de la vida cotidiana, como los brillantes colores reflejados en las pompas de jabón y en las delgadas películas en el agua, o los colores que observamos cuando el pavimento esta húmedo, eso es porque 2 ondas luminosas se superponen en en el mismo plano

Propiedades de la luz • Polarización • Es un fenómeno que puede producirse en

Propiedades de la luz • Polarización • Es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.

Aplicación de la polarización • Un ejemplo claro de la polarización en la vida

Aplicación de la polarización • Un ejemplo claro de la polarización en la vida cotidiana es el cine 3 D, donde las imágenes son proyectadas, o bien por dos proyectores diferentes con filtros de polarización ortogonalmente orientado • Las gafas con filtros polarizadores orientados de modo similar a los planos de polarización de las imágenes proyectadas aseguran que cada ojo reciba sólo la imagen correcta.

Propiedades de la luz • El efecto Doppler Es el cambio observado en la

Propiedades de la luz • El efecto Doppler Es el cambio observado en la frecuencia de la luz procedente de una fuente en movimiento relativo con respecto al observador.

Si la fuente luminosa se aleja del observador , este la verá desplazada hacia

Si la fuente luminosa se aleja del observador , este la verá desplazada hacia el rojo. Si la fuente luminosa se acerca al observador , este la verá desplazarse hacia el azul .

El efecto Doppler y la expansión del universo. ■

El efecto Doppler y la expansión del universo. ■

¿Cómo se forman los colores? ■ Las ondas forman, según su longitud de onda,

¿Cómo se forman los colores? ■ Las ondas forman, según su longitud de onda, distintos tipos de luz, como infrarroja, visible, ultravioleta o blanca. Los objetos devuelven la luz que no absorben hacia su entorno. Nuestro campo visual interpreta estas radiaciones electromagnéticas que el entorno emite o refleja, como la palabra "COLOR".

■ Cuando la luz blanca incide sobre un prisma , cada uno de los

■ Cuando la luz blanca incide sobre un prisma , cada uno de los colores que la componen se refracta en su interior en un ángulo distinto. Esto se debe a que la longitud de onda de cada uno de ellos es distinta. De esta manera la luz es dispersada en una serie de colores, conocida como espectro visible ■ Estos colores en orden de longitud de ■ onda decrecientes son: rojo, naranja , ■ amarillo , verde , azul violeta.

Percepción de los colores ■ Mediante la propiedades de la reflexión, el objeto absorbe

Percepción de los colores ■ Mediante la propiedades de la reflexión, el objeto absorbe los demás colores y refleja el propio

Sintetiza tus aprendizajes ■ La luz ■ Es una onda electromagnética originada por cargas

Sintetiza tus aprendizajes ■ La luz ■ Es una onda electromagnética originada por cargas eléctricas aceleradas. Según la mecánica cuántica, la luz puede considerarse como una onda o como una partícula, esta última denominada fotón o cuanto de energía. ■

Los principales modelos explicativos, a lo largo de la historia, son: ■ Modelo corpuscular:

Los principales modelos explicativos, a lo largo de la historia, son: ■ Modelo corpuscular: propuesto por Isaac Newton, en el que planteaba que la luz estaba compuesta de diminutas partículas denominadas corpúsculos. ■ Modelo ondulatorio: propuesto por Christian Huygens, en el planteaba que la luz era una onda similar al sonido. ■ Teoría electromagnética: propuesta por James Maxwell, plantea que la luz es una onda electromagnética al igual que las ondas de radio. ■ Modelo dual: es el modelo aceptado actualmente, donde la luz se comporta como ondas y como partículas.

Algunas características de su propagación ■ Propagación rectilínea: una evidencia de este hecho es

Algunas características de su propagación ■ Propagación rectilínea: una evidencia de este hecho es la son: formación de sombras. ■ Rapidez: en el vacío, la luz se mueve con una rapidez de 3· 108 m/s.

Sus propiedades ondulatorias son: ■ La reflexión ■ La refracción ■ La difracción ■

Sus propiedades ondulatorias son: ■ La reflexión ■ La refracción ■ La difracción ■ La interferencia ■ La polarización (Fenómeno observado solo en ondas transversales)

■ Espectro electromagnético ■ A parte de la luz visible, se conforma por: ■

■ Espectro electromagnético ■ A parte de la luz visible, se conforma por: ■ ondas de radio: aplicadas en telecomunicaciones. ■ microondas: utilizadas en telefonía y en la cocción de alimentos. ■ Radiación infrarroja: empleada por los controles remotos y para calefaccionar. Radiación ultravioleta: utilizada para la desinfección de equipos médicos y la detección de residuos biológicos. ■ rayos X: se emplean en medicina, para obtener radiografías de huesos y órganos internos. rayos ■ gamma: se usan en la desinfección de alimentos y de utensilios quirúrgicos y en el tratamiento localizado de ciertos tipos de cáncer.

Preguntas para el análisis ■ 1. - En que consiste el fenómeno luminoso? =

Preguntas para el análisis ■ 1. - En que consiste el fenómeno luminoso? = ■ 2. - ¿Qué tipo de onda corresponde a una onda luminosa. ■ 3. - ¿Cuál fue la idea de Ptolomeo de la luz? ■ 4. - ¿La velocidad de la luz es constante? ■ 5. - ¿Qué tipo de energía contiene onda electromagnética? ■ 6. - ¿Cuál es modelo matemático que cuantifica la energía de una ondas luminosa?

■ 7. - ¿De que factores de pende la energía de una onda mecánica?

■ 7. - ¿De que factores de pende la energía de una onda mecánica? ■ 8. - Para dos ondas mecánicas de igual frecuencia y distinta amplitud. ¿Cual de ellas tiene mayor energía? ■ 9. - ¿Bajo que condiciones dos ondas mecánicas tienen la misma energía transportada? ■ 10. - ¿Un amplificador , modifica la amplitud , la frecuencia , la longitud de onda, la energía transportada? ■ 11. - ¿Cuál es la unidad de energía transportada por una onda? ■ 12. - ¿Qué es la intensidad de una onda cualquiera?

■ 13. - ¿Cuál es el rango de las longitudes de onda del rango

■ 13. - ¿Cuál es el rango de las longitudes de onda del rango o espectro visible? ■ 14. - ¿Cuál es el rango de frecuencias del espectro visible? ■ 15. - Ordene según la energía: rayos infrarrojos , luz violeta, rayos Alpha , microondas, luz amarilla. ■ 16. - UN rayo de luz del color verde atraviesa un cristal de 2 mm de espesor. ■ ¿Cuál es la longitud y frecuencia de esta onda electromagnética? ■ ¿Cuál es la rapidez de un fotón “amarillo” en el cristal? ■ ¿Cuánto demora en atravesar el cristal mencionado? ■ 17. - Si en el problema anterior el rayo es de color violeta. ¿Cómo cambian las respuestas anteriores?

■ ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas es la que tiene menor longitud de

■ ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas es la que tiene menor longitud de onda? ■ ■ Ondas correspondientes al azul ■ c) Ondas de rayos X ■ e) Ondas correspondientes al amarillo. b) Ondas infrarrojas d) Luz ultravioleta

■ ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas tiene mayor rapidez en el vacío? ■

■ ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas tiene mayor rapidez en el vacío? ■ ■ A) luz ultravioleta. B) luz infrarroja. C) rayos X. ■ D) rayos gamma. E) Todas viajan con la misma rapidez.

■ ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas tiene mayor rapidez en el vacío? ■

■ ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas tiene mayor rapidez en el vacío? ■ ■ A) luz ultravioleta. B) luz infrarroja. C) rayos X. ■ D) rayos gamma. E) Todas viajan con la misma rapidez.

■ Un rayo de luz se mueve en dos medios, agua y aire, al

■ Un rayo de luz se mueve en dos medios, agua y aire, al respecto y considerando la figura, se afirma correctamente que: ■ ■ A) la zona 1 es aire y la zona 2 es agua. ■ B) la longitud de la onda en la zona 1 es mayor que en la zona 2. ■ C) la frecuencia en la zona 2 es mayor que en la zona 1. ■ D) la rapidez de la onda en la zona 2 es mayor que en la zona 1. ■ E) en 1 y 2 las longitudes de onda son iguales.

Se hace incidir sobre un prisma un rayo de luz blanca, de tal forma

Se hace incidir sobre un prisma un rayo de luz blanca, de tal forma que el rayo inicial se separa en los distintos colores que componen la luz blanca, tal como se aprecia en la figura 11. Respecto a los rayos A, B y C, provenientes de esta separación se afirma que al compararlos entre ellos A) los tres tienen la misma frecuencia. B) los tres poseen la misma longitud de onda. C) los tres viajan con igual rapidez dentro del prisma. D) el de mayor longitud de onda es A. E) el que viaja más rápido es C.

■ El cielo se ve de tonalidad azul por: ■ ■ I: La atmosfera

■ El cielo se ve de tonalidad azul por: ■ ■ I: La atmosfera dispersa con mayor facilidad las longitudes de onda de este color ■ II: Es consecuencia del fenómenos de las ondas de Rayleigh ■ III: Es propio de la atmosfera porque es de naturaleza azul. ■ Solo I solo I y I b) solo II c) solo III d) solo I y II e)

■ Cuál de las siguientes aseveraciones es (son) verdadera(s): ■ I: El color rojo

■ Cuál de las siguientes aseveraciones es (son) verdadera(s): ■ I: El color rojo tiene mayor longitud de onda que el azul ■ II: La energía asociada a los rayos X, es mayor que la energía asociada al color amarillo ■ III: Los fotones asociados al color violeta son más rápidos que los fotones asociados al color rojo. ■ Sólo I e) I, II y III ■ b) Sólo II c) Sólo III d) Sólo I y II

■ Complete la tabla según corresponda. OE Ondas de radio Color Rojo Azul Ultravioletas

■ Complete la tabla según corresponda. OE Ondas de radio Color Rojo Azul Ultravioletas Rayos X Rayos Gamma Longitud de onda frecuencia Energía en e. V