Ingrid Fuentes Norambuena Prof. Ciencias Naturales y Física

Presentación del tema: "Ingrid Fuentes Norambuena Prof. Ciencias Naturales y Física"— Transcripción de la presentación:

1 Ingrid Fuentes Norambuena Prof. Ciencias Naturales y Física
Unidad 2: “LA LUZ” Ingrid Fuentes Norambuena Prof. Ciencias Naturales y Física

2 OBJETIVOS Reconocer que la luz puede ser entendida a través de un modelo ondulatorio y que, por lo tanto, tiene todos los comportamientos asociados a las ondas, como propagación, reflexión, refracción y difracción, entre otras. Asociar fenómenos luminosos de la experiencia cercana, como el arco iris o las imágenes que forma un espejo. Analizar comparativamente la reflexión en espejos planos y espejos curvos. Analizar comparativamente la refracción en lentes convergentes y lentes divergentes. Asociar los avances de la óptica con su aplicación en telescopios, microscopios, calefactores y otros artefactos importantes. Identificar problemas, hipótesis y procedimientos experimentales. Interpretar datos empíricos con la finalidad de probar o desechar hipótesis.

3 ¿Qué es la Luz? La luz es un tipo de energía que se propaga en forma de ondas, y que no necesita de un medio material para propagarse, pues se trata de una onda electromagnética, formada por campos eléctricos y magnéticos que viajan por el vacío.

4 La luz y su naturaleza La luz como partícula
La luz se propaga en línea recta. Cuando se interpone un obstáculo en el recorrido de la luz, se produce sombra, es decir ausencia de luz. - Cuando la luz llega a las superficies, esta se refleja. Esto nos permite ver los objetos que nos rodean.

5 La luz y su naturaleza El físico inglés Isaac Newton ( ) explico el comportamiento de la luz, a través de un modelo conocido como teoría corpuscular. (Reflexión y refracción) En ella planteaba que la luz estaba compuesta por pequeñísimas partículas o corpúsculos sin masa (fotones), emitidos por las fuentes luminosas, que se movían en línea recta con gran rapidez. La dirección de propagación de estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso.

6 La luz y su naturaleza La luz como una onda
El físico holandés Christian Huygens ( ) propuso, que la luz tenía un comportamiento ondulatorio que viajaba por un medio material llamado éter cósmico. (Propagación, reflexión y refracción). En 1801, el físico inglés Thomas Young ( ) observo experimentalmente la difracción e interferencia de la luz.

7 Experimento de Thomas Young
Thomas Young, hizo pasar un rayo de luz a través de los orificios perforados en dos pantallas opacas paralelas, provocando que la luz se divida, produciendo interferencia entre las distintas fuentes de luz y generando un patrón de bandas claras y oscuras. Con esto, Young demostró que debido a la interferencia luminosa, la suma de dos fuentes luminosas pueden producir menos luminosidad que por separado.

8 La luz y su naturaleza El principio de Huygens, (base de la teoría ondulatoria de la luz), dice que: todo punto de un frente de ondas puede considerarse como un nuevo emisor de fuentes de ondas. Esto permite explicar la reflexión, la refracción, la propagación y difracción, entre otros fenómenos ondulatorios.

9 Propagación de la Luz En el año 1849, el físico francés Hippolyte Fizeau ideó un experimento, que permitió medir la rapidez de la luz. El valor que obtuvo fue de 3,1 x 108 m/s. Consistía en calcular el tiempo que tarda la luz en hacer un recorrido de ida y vuelta entre su laboratorio y un espejo situado a m. - Para esto, situó una rueda dentada de 720 dientes en el recorrido de la luz. Cada diente y su hueco formaban un ángulo de 0,5°. - Luego modificó la rapidez de la rueda a 25,2 rps, para conseguir que un rayo de luz pasase por un hueco y volviese por el siguiente.

10 Velocidad de la luz Se ha determinado, con técnicas de luz láser, que la rapidez de la luz en el vacío es de 2, x 108 m/s, valor que se aproxima a 3 x 108 m/s. Según las teorías actuales de la Física, la rapidez de la luz en el vacío es un límite natural en el universo, es decir, que ningún objeto puede viajar más rápido que la luz, además de ser una constante universal.

11 Refracción de la luz La refracción ocurre cada vez que la luz cambia de medio de propagación y consiste básicamente en el cambio de dirección que sufren los rayos al cruzar la frontera entre los dos medios (excepto si el rayo incide perpendicular a la superficie), debido al cambio de velocidad. La rapidez con que se propaga la luz en otro medio distinto del vacio, es menor.

12 Refracción de la luz Se puede establecer una relación entre la rapidez de la luz en el vacío y la rapidez en un medio cualquiera lo que se conoce como índice de refracción. Se denomina índice de refracción de un medio n, a la razón entre la rapidez de la luz en el vacío c, y la rapidez de la luz en un medio determinado, v. No tiene unidad de medida.

13 Refringencia de un medio
La refringencia de un medio viene medida por su índice de refracción. Los medios más refringentes son aquellos en los que la luz se propaga a menor rapidez. La refringencia de un medio va ligada a la densidad, por tanto, a mayor densidad, menor rapidez y mayor índice de refracción o grado de refringencia.

14 Refracción de la luz Como el agua tiene un índice de refracción mayor que el aire, el ángulo del rayo refractado será menor que el del rayo incidente, acercándose a la recta normal. En caso contrario, si el rayo de luz proviniera del agua y saliera al aire, es decir si la luz cruza desde un medio de mayor densidad (mayor índice de refracción), a otro de menor densidad, se desvía de manera que se aleja de la normal. (Principio de la óptica geométrica conocido como reversibilidad del camino óptico)

15 Fenómenos naturales donde ocurre la refracción
El arco iris El espejismo

16 Reflexión de la Luz Podemos ver todos los objetos que nos rodean, gracias a que reflejan la luz hacia nuestros ojos. No todas las superficies reflejan la luz de la misma manera, la cantidad de luz que refleja una superficie depende de su forma, es decir; si es pulida o rugosa.

17 Reflexión de la Luz a) Reflexión especular: Superficie pulida. Cuando un haz de rayos paralelos incide en una superficie de este tipo (plana y pulida), los rayos que se reflejan también son paralelos. (Ejemplo, formación de imágenes en un espejo plano.

18 Reflexión de la Luz b) Reflexión edifusa: Superficie rugosa. Cuando un haz de rayos paralelos incide en una superficie de este tipo (plana y pulida), los rayos que se reflejan también son paralelos. (Ejemplo, formación de imágenes en un espejo plano.

19 Reflexión de la Luz Ley de la reflexión: la reflexión tiene dos importantes propiedades: El rayo incidente, el reflejado y la recta normal (N) son coplanares, es decir, se encuentran ubicados en el mismo plano. b) El ángulo de incidencia de un rayo luminoso es igual al ángulo de reflexión, respecto a la recta normal.

20 Espejos Espejos planos: Superficie ideal perfectamente pulida, donde se produce una reflexión especular. Formación de imágenes: Los infinitos rayos provenientes de un objeto, al llegar al espejo son reflejados en ángulos iguales a sus ángulos de incidencia. Los rayos que divergen del objeto al reflejarse, divergen del espejo, los que parecen emanar de un punto detrás del espejo.

21 Espejos Se forma una imagen virtual, donde los rayos provienen de la superficie del espejo.

22 Espejos Espejos curvos: En los espejos curvos la recta normal es perpendicular a la tangente que pasa por cada punto de la curvatura. Cuando la superficie del espejo es la sección de una esfera, se habla de espejos esféricos.

23 Espejos Esféricos C: Centro de curvatura R: Radio de curvatura
Espejo cóncavo Eje • F C O F • C Eje Espejo convexo R R f f C: Centro de curvatura R: Radio de curvatura O: Centro del espejo F: Foco f : Distancia focal Eje: Eje principal o eje óptico

24 Espejos Espejos cóncavos o convergentes: Estos espejos tienen la propiedad de concentrar toda la luz en un solo punto denominado foco (F) o punto focal.

25 Espejos Ley de reflexión para un espejo de sección circular: Existen tres reglas ópticas para saber cómo serán las imágenes que producen este tipo de espejos, y consiste en tres rayos básicos, estos son:

26 Espejos Ley de reflexión para un espejo de sección circular

27 Espejos Ley de reflexión para un espejo de sección circular

28 Formación de imágenes en espejos cóncavos
Un cuerpo iluminado o que emite o refleja luz se considera  un Objeto en óptica geométrica. Colocando un objeto delante de un espejo cóncavo este formará una Imagen real de ese objeto.

29 Todos los rayos emitidos por la punta de la vela Q son reflejados por el espejo y se cruzan en Q' (se enfocan en ese punto). Todos los rayos emitidos por el punto M del objeto llegan, una vez reflejados, al punto M'. Cada punto del objeto vela, situado sobre QM emitirá rayos. Todos juntos darán la  imagen correspondiente, Q'M'. Colocando una pantalla en esta zona se formará sobre ella una imagen nítida y claramente definida. Debido a que la imagen  se puede formar sobre una pantalla, se llama imagen real. Si vamos alejando la pantalla,  la imagen se va  haciendo cada vez menos nítida. Si miramos el objeto a través de un espejo es exactamente en el punto de enfoque (convergencia de los rayos) donde nos parece que está situado el objeto.

30 Formación de imágenes en espejos esféricos
Objeto alejado del centro de curvatura: Si el objeto esta alejado del centro, es decir está situado entre el centro de curvatura y el infinito la imagen se forma delante del espejo entre C y F, y será de menor tamaño, real e invertida.

31 Formación de imágenes en espejos esféricos
Objeto en el centro de curvatura: Si el objeto esta situado en el centro de curvatura C, la imagen se forma delante del espejo en C, y será de igual tamaño, real e invertida.

32 Formación de imágenes en espejos esféricos
Objeto entre el centro de curvatura y el foco: Si el objeto esta situado en el centro de curvatura C, y el foco F, la imagen se forma delante del espejo entre C y el infinito, y será de mayor tamaño, real e invertida.

33 Formación de imágenes en espejos esféricos
Objeto entre el foco y el centro del espejo: Si el objeto está situado entre el foco F y el espejo, la imagen se forma detrás del espejo, y será de mayor tamaño (aumentada), derecha y virtual.

34 Formación de imágenes en espejos esféricos
Si un objeto está situado en el foco, la imagen se forma en el infinito y, por lo tanto, no se aprecia. Para resolver cualquier problema relacionado con espejos esféricos, se debe realizar la proyección de los rayos principales y encontrar la imagen del objeto.

35 Espejos Espejos convexos o divergentes: Permiten tener un mayor campo visual, pero las imágenes formadas tienen una proporción y distancia diferente a como son realmente. Los rayos no convergen en un punto focal, sino que se alejan unos de otros (divergen), pero al prolongar los rayos reflejados por el espejo, estos se juntan detrás de él, por esto se dice que tiene un foco virtual.

36 Espejos convexos Un lápiz que se ubica frente a un espejo convexo: En este caso, el centro de curvatura (C) y el foco (F) se encuentran detrás del espejo. Se realiza el trazado de rayos.

37 Formación de imágenes en espejos convexos
El primer rayo va paralelo al eje y se refleja de manera que su prolongación pasa por el foco del espejo. El segundo rayo se dibuja de tal forma que su prolongación pase por el foco, por lo que se refleja paralelo al eje óptico.

38 Formación de imágenes en espejos convexos
Se observa que las prolongaciones de los rayos se juntan detrás del espejo, por ese motivo se dice que la imagen es virtual, más pequeña que el objeto y aparece derecha. No importa la ubicación del objeto, la imagen formada tendrá siempre las mismas características.

39 Formación de imágenes en espejos convexos
Rayos Principales : 1. Todo rayo que incide paralelo al eje principal se refleja pasando su prolongación por el foco Todo rayo que incide pasando su prolongación por el foco se refleja en forma paralela. 3. Todo rayo que incide por el centro de curvatura se refleja sobre si mismo

40 Aplicaciones de los espejos curvos
Estufas: Si la fuente de calor se ubica en el foco de un espejo curvo construido con material reflectante, se puede lograr una máxima eficiencia de la distribución del calor.

41 Aplicaciones de los espejos curvos
Horno solar: Si la fuente luminosa esta muy lejana, se cumple que los rayos luminosos vienen paralelos entre sí. Se puede elevar la temperatura de un objeto ubicado en el foco del espejo.

42 Aplicaciones de los espejos curvos
Telescopio: Se utiliza para concentrar la luz en un mismo punto. El telescopio más usado, se construye con espejos convergentes, de más de 10 m de diámetro. Estos telescopios se conocen como espejos reflectores o newtonianos.

43 Lentes Lentes convergentes
Lupa: es un cuerpo transparente con ambas superficies curvas y con su centro más ancho que sus extremos. Y corresponde a la descripción de una lente convergente. Lente convergente: Su principal característica es que es capaz de reunir (hacer converger) la luz en un punto.

44 Lentes Convergentes Son más gruesas en el centro que en los extremos. Se representan esquemáticamente con una línea con dos puntas de flecha en los extremos. Según el valor de los radios de las caras pueden ser:   Biconvexa (2)Planoconvexa (3)Menisco convergente

45 Lentes Lente convergente: Hace converger la luz en un punto. Al igual que en el caso de los espejos convergentes, aquel punto donde se concentran los rayos se denomina foco o punto focal.

46 Formación de imágenes con una lente convergente
Presentan dos focos uno a cada lado del eje óptico, pues la luz podría llegar desde cualquier lado. Se utilizan los tres rayos principales, para saber cómo y donde se forman las imágenes con este tipo de lentes.

47 Formación de imágenes con una lente convergente
Caso 1: Objeto situado a una distancia mayor que la distancia focal de la lente; se forma una imagen real, invertida y reducida (de menor tamaño).

48 Formación de imágenes con una lente convergente
Todo rayo que marcha paralelo al eje óptico antes de entrar en la lente, pasa, al salir de ella, por el foco imagen, F' .

49 Formación de imágenes con una lente convergente
Todo rayo que pasa por el foco objeto, F, llega a lente y se refracta en ella, emergiendo paralelo al eje óptico.

50 Formación de imágenes con una lente convergente
Todo rayo que pasa por el centro óptico (que es el centro geométrico de la lente) no sufre desviación.

51 Formación de imágenes con una lente convergente
Para localizar el punto imagen que de un objeto da una lente, debemos construir por lo menos la trayectoria de dos de los rayos más arriba mencionados. En el punto de cruce se forma el punto imagen:

52 Formación de imágenes con una lente convergente

53 Formación de imágenes con una lente convergente
Caso 2: Objeto situado entre el foco y la lente; se forma una imagen virtual y amplificada.

54 Formación de imágenes con una lente convergente
Si el objeto está situado entre F y la lente, la imagen estará entre F y el infinito y será virtual (la forman las prolongaciones de los rayos), mayor y derecha. s < f s' < f (virtual)

55 Formación de imágenes con una lente divergente
Una lente divergente, es más delgada en su centro que en sus extremos, en una lente con esta forma los rayos no convergen en un punto, sino que se separan entre sí luego de ser refractados, es decir divergen.

56 Lentes Divergentes Son más delgadas en la parte central que en los extremos. Se representan esquemáticamente por una línea recta acabada en dos puntas de flecha invertidas. Según el valor de los radios de las caras (que son dioptrios) pueden ser: Bicóncavas (4), plano cóncavas (5) y menisco divergente (6).

57 Formación de imágenes con una lente divergente
Como los rayos refractados que proceden de un punto objeto no se cortan en ningún lugar al otro lado de la lente (solo se hacen sus proyecciones), no podemos recogerlos sobre una pantalla para obtener una imagen de ese punto. Sin embargo, el sistema óptico del ojo si puede recoger esos rayos divergentes y obtener una imagen del objeto en la retina. El objeto nos parece que está en un punto virtual. Por esto, las imágenes que forma una lente divergente son virtuales. Y estas imágenes no se pueden recogen sobre una pantalla.

58 Formación de imágenes con una lente divergente

59 Formación de imágenes con una lente divergente
En las lentes divergentes para cualquier posición del objeto se obtiene siempre el mismo tipo de imágenes. La imagen es virtual, derecha y de menor tamaño que el objeto.

60 EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Ondas de radio Infrarrojos Ultravioleta Rayos gamma Microondas Rayos X Luz visible  Las ondas electromagnéticas difieren entre sí en su frecuencia y en su longitud de onda, pero todas se propagan en el vacío a la misma velocidad  Las longitudes de onda cubren una amplia gama de valores que se denomina espectro electromagnético