PTICA LUZ Y ESPECTROS LA LUZ TEORIAS Y

ÓPTICA LUZ Y ESPECTROS

LA LUZ TEORIAS Y FENÓMENOS

Luz La Luz: *Fuente. La de. Luz espectros es unaluminosos *Procesos de formacion del color radiación electromagnética cuya longitud de onda es capaz de impresionar la retina del ojo humano y provocar la sensación de visión

NATURALEZA DE LA LUZ Ondas o partículas? C = velocidad de la luz = 3. 0 x 108 m/s

Espectros electromagnéticos Las ondas del espectro electromagnético se miden por tres parámetros: longitud de onda (λ), frecuencia (f) y amplitud. Ø Ambas magnitudes (frecuencia y longitud de onda) no son independientes sino inversamente proporcionales: a menor distancia entre dos crestas de onda, más cantidad de ondas encajarán en un período de tiempo de un segundo. Si la frecuencia es alta la longitud de onda es corta y viceversa. Ø La intensidad (I) o amplitud, es la altura de las crestas de las ondas y en el caso de la luz, determina su brillo o intensidad. . La orientación de las crestas respecto a la dirección de propagación determina el ángulo de polarización.

• Newton: La teoría corpuscular Ø Al iniciarse el siglo XVIII, Newton propone que la luz está compuesta por partículas luminosas, de distinto tamaño según el color, que son emitidas por los cuerpos luminosos y que producen la visión al llegar a nuestros ojos.

Newton se apoyaba en los siguientes hechos: Ø Ø Ø La trayectoria seguida por los corpúsculos es rectilínea Los corpúsculos no atraviesan obstáculos, así se forman las sombras La reflexión se debe al rebote de los corpúsculos sobre la superficie reflectora. Sin embargo no se podía explicar: Los cuerpos, al emitir corpúsculos, debían perder masa por qué algunos corpúsculos se reflejaban y otros se refractaban

• Huygens: La teoría ondulatoria Huygens, en la misma época, propone que la luz es una onda basándose en las observaciones siguientes: La masa de los cuerpos que emiten luz no cambia. La propagación rectilínea y la reflexión se pueden explicar ondulatoriamente La refracción es un fenómeno típico de las ondas. No obstante quedaban cosas sin explicar: No se encontraba una explicación para la propagación de la luz en el vacío No se habían observado en la luz los fenómenos de interferencia y de difracción que ya se conocían para las ondas.

Ondas electromagnéticas En 1860, Maxwell publicó su teoría matemática sobre el electromagnetismo que predecía la existencia de ondas electromagnéticas que se propagaban a la misma velocidad que la luz. Por ello argumentó que la luz y otras ondas que se conocían como las de radio consistían en un mismo fenómeno: eran ondas electromagnéticas que se diferenciaban sólo en su frecuencia. Hoy consideramos que una onda electromagnética es única, aunque se compone de dos perturbaciones: un campo eléctrico vibrando perpendicularmente a un campo magnético.

La teoría corpuscular de Newton fue aceptada durante todo el siglo XVIII, posiblemente por la gran fama y autoridad de éste. Ø En el siglo XIX se observan en la luz los fenómenos de interferencia y difracción y se revitaliza la idea de que la luz es una onda. Ø En el siglo XX se acepta que la luz se comporta como onda y como partícula. Ø

Teoría cuántica Ø Formulada por Einstein- Planck Ø La luz está compuesta por fotones, los cuales son “paquetes”(“cuantos”) de energía electromagnética.

Teoría mecánica ondulatoria: Louis de la broglie Ø La actualmente aceptada es que la luz es un fenómeno único en la naturaleza debido a su carácter dual: partícula (fotón) y onda, masa y energía. Ø Pueden atravesar sustancias en función de su frecuencia (rayos X, rayos gamma). La luz, es una forma de energía, que se transmite por el espacio en ondas sinoidales, similares a las producidas cuando lanzamos una piedra a un estanque. Ø Nace en la fuente que la produce (el sol, una lámpara, etc. ) y se propaga en línea recta hasta encontrar un objeto que la intercepte. Ø

ESPECTROS Newton al pasar un haz de luz por un prisma de cristal hizo visible el espectro de colores que componen la luz, demostrando que cada color representaba una frecuencia de onda diferente. Cada onda al pasar por el prisma sufría una desviación, ésta variaba según su color, siendo la más pronunciada la correspondiente al violeta; y en el lado opuesto la del rojo

Ø La luz visible es solamente una pequeña parte del espectro electromagnético, la longitud de onda excita la retina del sistema visual humano produciendo sensaciones de color y brillo.

Espectro visible Además de la luz visible, también llegan a la superficie de la tierra desde el espacio ondas de radio, una parte del espectro infrarrojo y una parte (afortunadamente) muy pequeña de radiación ultravioleta. Ø Cada onda particular del espectro visible viene caracterizada por su longitud de onda; si, como generalmente sucede, la radiación es compuesta, el ojo no puede analizar las distintas radiaciones o longitudes de onda que recibe y aprecia tan sólo el "color o tonalidad" resultante. Ø

Comportamiento de la Luz La luz se propaga a partir de la fuente emisora en todas las direcciones posibles y en forma de ondas perpendiculares a la dirección del desplazamiento. Ø Viaja en línea recta dentro de una sustancia de composición uniforme mientras no haya nada que la desvíe y mientras no cambie el medio a través del cual se está propagando. Ø La luz se desplaza a la velocidad de 300. 000 Km. /s en el vacío. Ø Compuesta por partículas de energía (llamados fotones) que originan cambios químicos y reacciones eléctricas. Ø

Reflexión y Difusión Todo cuerpo refleja parte de la luz que incide sobre él. La mayoría de las superficies de los objetos son ásperas o irregulares, y por ello dispersan la luz que reciben en todas las direcciones posibles. Ø A esto se lo llama “Difusión”. Ø

Reflexión Selectiva Con relación a la calidad de la luz reflejada, existen dos tipos adicionales de reflexión: Ø Acromática: cuando se reflejan por igual todas longitudes de onda. Los tres casos típicos de superficies reflectoras acromáticas son l Negras: cuando el porcentaje de reflexión es cero. l Grises: el porcentaje de reflexión es del 50% en todas longitudes de onda l Blancas: el porcentaje de reflexión es del 100% en todas longitudes de onda Ø

Cromática: No se reflejan por igual todas longitudes de onda, hay un predominio de unas sobre otras dando como resultado una radiación cromática. Ø La reflexión siempre es selectiva, los materiales de color absorben las longitudes de onda de luz blanca de forma selectiva y solo reflejan las de su propio color, el resto las absorben. Ø

Ø La transmisión de la luz, al igual que la reflexión, siempre es selectiva, Los materiales transparentes y translúcidos de color absorben las longitudes de onda de forma selectiva y solo transmiten las de su propio color, el resto las absorben. Refracción Ø Es un fenómeno que ocurre dentro de la transmisión cuando la luz atraviesa un material transparente de forma oblicua (si lo atraviesa en dirección perpendicular no hay refracción).

Ø Cuando los rayos luminosos inciden oblicuamente sobre un medio transparente, o pasan de un medio a otro de distinta densidad, experimentan un cambio de dirección que está en función del ángulo de incidencia, de la longitud de onda incidente, y del índice de refracción de un medio respecto al otro.

El espectro electromagnético está constituido por todos los posibles niveles de energía que la luz puede tomar. Hablar de energía es equivalente a hablar de longitud de onda luego, el espectro electromagnético abarca, también, todas longitudes de onda que la luz pueda tener, desde miles de kilómetros hasta femtómetros. Es por eso que la mayor parte de las representaciones esquemáticas del espectro suelen tener escala logarítmica. El espectro electromagnético se divide en regiones espectrales, clasificadas según los métodos necesarios para generar y detectar los diversos tipos de radiación. Es por eso que estas regiones no tienen una frontera definida y existen algunos solapamientos entre ellas.

¿Qué caracteriza a las ondas electromagnéticas? La principal característica de las ondas electromagnéticas es que no necesitan un medio de propagación; se propagan en el vacío a la velocidad de 300000 km/s, aunque pueden propagarse en otros medios a menor velocidad. También es una característica importante el que la energía que transportan es proporcional a la frecuencia.

El gráfico adjunto muestra el espectro electromagnético, con una ampliación de la zona visible. Qué parte del espectro electromagnético: (a) ¿broncea la piel? ; (b) ¿se puede utilizar para calentar? ; (c) ¿atraviesa la carne pero no los huesos? ; (d)¿puede provocar cáncer? ; (e) ¿se detiene parcialmente por la capa de ozono de la atmósfera? ; (f) ¿puede ser detectado por el ojo? Muestra los resultados en una tabla (a) UV (Rayos ultravioleta) (b) IR (Rayos infrarrojos) RX (Rayos X) (c) (d) UV, RX y R (Rayos Gamma) UV (e) Luz visible (f)

Si has prestado atención al gráfico del ejercicio anterior sabrás responder a las siguientes preguntas: (a) ¿Qué color de la luz visible presenta mayor longitud de onda? ¿Y la menor? (b) ¿Qué color de la luz visible presenta menor frecuencia? (c) Calcula la frecuencia de un color rojo cuya longitud de onda es de 680 nm. Contesta al apartado (a) Contesta al apartado (b) El color rojo presenta la mayor longitud de onda, mientras que el color violeta corresponde a la menor longitud de onda. La luz, como cualquier otra onda, cumple la ecuación de onda: =v/f. Por lo tanto, la menor frecuencia corresponderá a la mayor longitud de onda, es decir, al color rojo. Contesta al apartado (c) Se despeja la frecuencia de la ecuación de onda y se sustituyen los valores indicados en el Sistema Internacional de unidades:

LOS 7 COLORES DEL ARCO IRIS ROY G BIV Red Orange Yellow Green Blue Indigo Violet (Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Añil Violeta) El arco iris 1 o arcoíris 2 es un fenómeno óptico y meteorológico que produce la aparición de un espectro de luz continuo en el cielo cuando los rayos del sol atraviesan pequeñas partículas de humedad contenidas en la atmósfera terrestre.

BIBLIOGRAFIA www. educaplus. org/dispresióndelaluz. htm www. colombiaaprende. edu. co Imágenes de www. altavista. com Imágenes de www. google. com Física I. Ed. Santillana