La luz
Rayos de luz
- Se reciben y no se emiten por los ojos
- Viajan en línea recta
- No necesitan un medio para propagarse
- Se disipan al atravesar un medio
- Existen medios en los que no hay propagación
- ¿Partículas u ondas?
Fuentes de luz: objetos a altas temperaturas,
átomos excitados
● fuente puntual (a)
● fuente extensa (b) (cada punto es un emisor)
● fuentes directas (reflectores, lásers)
¿Qué es la luz?
Newton: la luz es un haz de partículas
Huygens: La luz es una onda
Debido a la gran fama de Newton su modelo de partículas se acepta hasta el siglo XVIII
No se podía aceptar que una onda viajase en el vacío --> ¿Qué es lo que vibra?
En el s. XIX se acepta el modelo ondulatorio
S. XX: La luz tiene propiedades de onda y partícula
Velocidad de la luz
Se consideró que tenía velocidad infinita, para medir la velocidad de la luz necesitamos:
Aproximación Hippolyte Fizeau (1849)
Velocidad en el vacío: 299,792,458 m/s (~ 3x10^8 m/s)
La velocidad es menor en otros medios
La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal: no depende de la velocidad relativa de la fuente y el observador-> relatividad especial de Einstein.
- medir intervalos de tiempo pequeños
- largas distancias
- fuentes potentes
Espectros atómicos
El modelo de Bohr explica la existencia de espectros que se deben a la excitación del electrón y a la vuelta a su nivel fundamental.
Propagación de la luz:
Frente de ondas: Puntos del espacio alcanzados por la onda en un tiempo fijo ( se encuentran en la misma fase de vibración de la perturbación)
Rayo luminoso: marca la dirección de propagación de la onda y es perpendicular al frente de las ondas.
Propagación de la luz: Huygens y Fermat
Propagación de la luz: Huygens y Fermat
Principio de Huygens: Cada punto del frente de ondas puede considerarse como foco emisor de ondas secundarias.
El nuevo frente de ondas será la envolvente de estas ondas.
Principio de Fermat: Para ir de un punto a otro la luz se propaga por el camino óptico de tiempo mínimo.
Reflexión
● La reflexión de la luz se puede explicar en un modelo de partículas.
● Una partícula que choca elásticamente con una pared se refleja.
● Las ondas también se reflejan - ángulo de reflexión=ángulo de incidencia
● La reflexión de la luz nos indica su naturaleza.
● Algunas cosas son visibles porque son fuentes de luz, otras, reflejan la luz.
● Reflexión en superficies rugosas: reflexión difusa.
● Reflexión en superficies suaves: reflexión especular.
● Es independiente del color ( frecuencia)
Reflexión de la luz: leyes
1.El ángulo de reflexión es igual al de incidencia.
- El rayo reflejado, la normal y el incidente están en el mismo plano
Refracción según Newton:
- Las partículas experimentan una fuerza dirigida hacia el material
- La fuerza perpendicular hace acercarse a las partículas hacia la normal.
- predice una relación entre él ángulo de refracción y el de incidencia.
Refracción como ondas:
- La frecuencia es la misma en los dos materiales
- La velocidad de la onda es diferente en los dos materiales v=c/n
- Cambia la longitud de ondas
- Existe una relación entre el ángulo de incidencia y el de refracción
Índice de Refracción
Cuando la luz pasa de un material a otro cambia de dirección: refracción.
Depende de las propiedades ópticas de los dos medios caracterizadas por su índice de refracción: n es un número: n=1 para el vacío, n=1.33 agua, n=2.42 diamante, n=1.5-1.9 vidrio, el índice de refracción define la velocidad de la luz en el medio v=c/n.
Reflexión interna total
En la superficie de contacto de dos materiales aparecen la reflexión y la refracción
Bajo ciertas condiciones no hay refracción --> ¡la reflexión es total!
Sucede cuando la luz pasa a un medio con un índice de refracción menor y el ángulo de incidencia es mayor que un cierto ángulo crítico.
Ejemplos de reflexión total
Refracción Atmosférica
- La atmósfera está hecha con capas de diferente densidad y temperatura
-->Tienen diferente índice de refracción --> la luz se refracta
- distorsión de la forma de la Luna o el Sol en el horizonte
- Posición aparente de las estrellas diferente de la real.
- Si la luz va de capas de índice de refracción mayor a índice de refracción menor --> reflexión total: espejismos.
Dispersión
El índice de refracción de un medio depende de la frecuencia del rayo de luz.
La luz violeta se refracta más que la roja..
Se puede descomponer la luz blanca en sus componentes: prismas, arco iris.