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2 PARTE 1
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2 P1 ¿QUÉ ES LA LUZ? ¿Cómo la Explicamos?
Tipos de Materiales según su comportamiento Óptico
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2 P1 2 ÓPTICA FÍSICA Velocidad de la Luz Luz y Sombra La Cámara Oscura
Reflexión de la Luz Imágenes en Espejos Planos Imágenes en Espejos Curvos Formación de Imágenes
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Problematizar estas preguntas e incorporar otros sucesos cotidianos relacionados con fenómenos luminosos.
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La discusión del tema aborda dos grandes aspectos:
La Propagación de la luz. La Naturaleza de la luz. En el primer caso, encontramos la óptica geométrica; que considera la propagación de la luz en forma de rayos que avanzan en línea recta. Señalar rayos de luz en la figura. En el segundo ámbito se cuestiona la naturaleza de la luz, es decir, su origen y composición. ¿Es una onda? ¿Está formada por partículas? Estas cuestiones son preocupación de la óptica física.
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Discutir otros ejemplos.
Hacer notar que no existen objetos absolutamente transparentes. Todos absorben algo de luz, incluso el aire. Por otra parte, objetos opacos, como nuestro cuerpo, una hoja de papel y cualquier lámina muy delgada, dejan pasar algo de luz. También, materiales que típicamente consideramos como no emisores de luz, además de la luz que reflejan, emiten algo de luz propia.
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Galileo fue el primero en intentar medir la velocidad de la luz
Galileo fue el primero en intentar medir la velocidad de la luz. Pero sus precarias condiciones técnicas le impidieron obtener algún resultado. El Astrónomo danés el Olaf Römer (1644 – 1710) observó que cuando Júpiter se encuentra más alejado de la Tierra, el movimiento de sus satélites parece retrasarse debido a que la luz que proviene de ellos demora más tiempo en recorrer una distancia mayor. Su método no es preciso, pero prueba que la luz no se propaga instantáneamente. Hippolyte Fizeau (1819 – 1896) logró una medición en su laboratorio, interceptando un rayo de luz reflejado en un espejo con los dientes de una rueda giratoria de 720 dientes. Si un rayo de luz en dirección al espejo pasa por una abertura y de vuelta se encuentra con el diente de la rueda, se debe a que ella ha girado exactamente en el tiempo en que la luz ha recorrido la distancia 2d. El resultado de las mediciones arrojó para la luz una rapidez de km/s en el aire.
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El físico estadounidense Albert Michelson ( ) logró mayor exactitud, haciendo girar con la rapidez exacta un sistema de espejos en el cual se refleja un rayo de luz. Si el sistema de espejos da un octavo de vuelta en el tiempo que el rayo de luz tarda en ir y volver al espejo lejano, entonces al ojo del observador llegará la luz reflejada; pero, si es un poco mayor o un poco menor, entonces el rayo que viene de vuelta se reflejará en el espejo móvil en un ángulo diferente y la luz no llagará al ojo del observador. Identificar las partes del experimento de Michelson: Emisor de luz, espejo distante, observador, rueda giratoria. Hoy se define la rapidez de la luz, en el vacío, como m/s y se la designa con la letra “c”. Aunque para efectos prácticos se usa c = Km/s Sugerencia: Calcular la rapidez de la luz en Km/hr
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Discutir de manera general la formación de zonas de penumbra.
1) Las fuentes emisoras de luz que nos rodean no son puntuales. Lo más parecido a un emisor puntual de luz es una estrella lejana. 2) Esto significa que cuando un cuerpo extenso es iluminado por otro cuerpo extenso se produce una zona de sombra que no recibe luz y una zona de penumbra que recibe luz de algunos puntos de la fuente. 3) La existencia de esta zona intermedia de penumbra es un primer indicio del "comportamiento ondulatorio" de la luz, y en cuanto fenómeno puede ser entendido mejor desde la óptica física.
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Discutir la formación de eclipses de Sol y Luna.
Como el Sol y la Luna presentan prácticamente el mismo diámetro angular en el cielo (0,5°), cuando la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra su sombra llega a la Tierra y cubre tan sólo unos pocos cientos de kilómetros. En los lugares en que se produce esta sombra las personas podemos ver un eclipse total de Sol. En los lugares en que se produce la penumbra, cuyo diámetro es una fracción importante de nuestro planeta, las personas pueden observar un eclipse parcial de Sol. Señalar zonas de sombra y penumbra sobre la superficie del globo terrestre en el eclipse de sol.
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1) Antes del eclipse la Luna se ve en su fase de llena
2) y se empieza a oscurecer cuando entra en el cono de penumbra que proyecta la Tierra en el espacio. Hasta aquí desde la Tierra vemos un eclipse parcial de Luna. 3) Si entra en el cono de sombra, se empieza a oscurecer mucho más, siendo posible apreciar durante el proceso la curvatura de nuestro planeta. Si llega a entrar completamente en el cono de sombra, prácticamente desaparecerá constituyendo un eclipse total de Luna. El proceso es algo más complejo por cuanto el cono de sombra y penumbra se ven modificados por la atmósfera terrestre que dispersa parte de la luz del Sol, mostrando en algunos casos colores.
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Según este principio funciona la cámara fotográfica:
el agujero es reemplazado por una lente, con lo cual se consigue mayor nitidez en la imagen que, invertida, llega a un material sensible a la luz. SUGERENCIA: si en vez de papel diamante se coloca en la cámara oscura una película fotográfica es posible obtener muy buenas fotografías de objetos estáticos bien iluminados (si el agujero es pequeño y con suficiente tiempo de exposición) Proponer el diseño del aparato más sencillo posible.
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En este caso, la pupila es el agujero por donde ingresa la luz de las cosas que vemos y la imagen de ellos se forma en la retina. Identificar las partes del ojo: 1.- punto ciego, 2.- vasos sanguíneos, 3.- nervio óptico, 4.- esclerótica, 5.- retina, 6.- ligamento, 7.- córnea, 8.- cristalino, 9.- humor acuoso, 10.- iris, 11.- humor vítreo.
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La diferencia entre reflexión especular y difusa radica en la regularidad o irregularidad de la superficie en que la luz se refleja. Es así como la superficie de los metales pueden pulirse para que se comporten como espejos. En los espejos domésticos el espejo se usa una delgada película de plata que se deposita en un vidrio o cristal y se protege del ambiente por medio de una capa de pintura.
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Aclarar que la DIRECCIÓN NORMAL a una superficie es aquella que forma un ángulo de 90 grados con ella, es decir, la DIRECCIÓN PERPENDICULAR.
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Suele ocurrir que en la carretera se ve reflejado el cielo o lo que esté sobre el horizonte. Como nuestro cerebro sabe que no hay ningún espejo, lo interpreta como agua; pero a medida que avanzamos ella parece evaporarse. Sucede que la carretera sí se comporta como un espejo. En especial cuando el ángulo bajo el cual incide la luz es cercano a 90°, muchos materiales reflejan la luz en forma bastante ordenada, produciendo reflexión especular. Esto es precisamente lo que ocurre en las carreteras y no debe confundirse con los espejismos que se producen en los desiertos en días calurosos. Los espejismos de las carreteras se producen cualquiera sea la temperatura ambiente, haya sol o esté nublado e incluso de noche: prueba de ello son los reflejos de los focos de los vehículos que viajan en sentido contrario al nuestro.
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Sugerir la búsqueda de alguna fórmula matemática que permita saber el número de imágenes que se forman entre dos espejos planos dado el ángulo que existe entre ellos.
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El tipo de espejo curvo más importante es el parabólico
El tipo de espejo curvo más importante es el parabólico. No es casualidad que encontremos antenas parabólicas de radio y televisión. Los espejos ópticos parabólicos pueden ser cóncavos o convexos. En ellos es conveniente reconocer un eje de simetría, o eje óptico, un vértice (V) y un foco (F) - Identificar espejo cóncavo y espejo convexo - Identificar distancias focales - Notar que en cada punto de la superficie de los espejos se cumple la ley de reflexión - Notar que el camino óptico de los rayos luminosos es "reversible"
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De los infinitos rayos de luz que salen de la punta de la flecha y llegan al espejo consideramos dos: - El paralelo al eje óptico y - El que pasa por el foco Al reflejarse convergen hacia un punto I. Como todos los rayos que salen de O y se reflejan en el espejo pasan también por el punto I, en ese punto debe haber una imagen del extremo de la flecha. Del mismo modo esto debe satisfacerse para los otros puntos de la flecha objeto y, así, debe existir una flecha imagen en la posición que se indica en el esquema. IMPORTANTE: Esta imagen es distinta a las que se producen en los espejos planos: - No está detrás del espejo - Está invertida con relación al objeto - No es del mismo tamaño - No se puede ver directamente a menos que en ese lugar coloquemos una pantalla. Se parece en cambio, a la imagen que se forma en la cámara oscura. ¿Qué pasa si el objeto está al doble de la distancia focal del espejo? ¿Dónde se forma la imagen?
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- Discutir el cambio de dirección de propagación de la luz cuando ésta pasa de un medio a otro.
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