Luz y óptica Montoya.-.

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1 Luz y óptica Montoya.-

2 Historia de la luz 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.

3 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.

4 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.

5 ¿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

6 La luz …

7 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 , III , IV regiones

8 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

9 ¿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.

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

11 Modelo corpuscular Al mismo tiempo que Huygens defendía su modelo , el físico Ingles Isaac Newton ( ) 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

12 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.

13 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 ( km/s)

14 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)

15 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( 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

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17 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

18 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

19 Espectro visible

20 Longitud de onda y frecuencia.

21 Maxwell A mediados del siglo XIX, el físico ingles James Clerk Maxwell ( ) 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 ( )

22 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?

23 Energía…

24 Vector de Poynting.

25 Energía transportada.

26 Energía según Max Planck.

27 Rayos de alta energía. Rayos Alfa: se producen por la emisión de núcleos de Helio ( sp , 2n) , 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.

28 El espectro electromagnético
Rayos Gamma Son las onda electromagnéticas de mayor energía Sus longitudes de onda son menores a 10 −11 𝑚 La exposición a elevadas dosis de este tipo de radiación es nociva para los seres vivos , ya que pueden atravesar cualquier tejido y, con ello, destruir y alterar el material contenido en el núcleo de las células. Aplicaciones Los yayos gamma se emplean para la esterilización de instrumental medico y el tratamiento localizado de ciertos tipos de cáncer.

29 Rayos X Fueron descubierto por el científico
alemán Wilhelm Roentgen . Es un tipo de radiación muy energética , por lo que puede atravesar los tejidos blandos del cuerpo humano. Su longitud de onda esta comprendida entre los 10 −11 𝑦 10 −8 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 Aplicaciones Son utilizados en medicina para la detección de lesiones y enfermedades a la estructura osea, asi como en ciertos órganos internos.

30 Rayos ultravioleta Es una porción del espectro de
mayor energía que la luz visible . Sus longitudes de onda oscilan entre los 10 −7 𝑦 10 −8 metros . Estimula la producción de vitaminas al incidir en la piel de algunos seres vivos . Sin embargo una exposición mayor a este tipo de radiación , aumenta la probabilidad de contraer cáncer. Aplicaciones: Se utiliza para la desinfección de instrumental medico , la detección de residuos biológicos y en el control de algunas plagas de insectos.

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

32 Radiación infrarroja Fueron descubiertas por Herschel y
están asociadas a las transferencias de calor por radiación . Sus longitudes de onda van desde los 10 −3 𝑎 𝑙𝑜𝑠 10 −6 metros . Aplicaciones: aparatos como los controles remotos o los sensores instalados en algunas puertas funcionan a base de este tipo de ondas.

33 Microondas Son ondas que transportan mayor
energía que las ondas de radio . Sus longitudes de onda oscilan entre 1mm y 1m. 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.

34 Ondas de radio Corresponde a las de menor energéticas del espectro
electromagnético. Sus longitudes de onda van desde 1m 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.

35 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.

36 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.

37 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

38 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.

39 Aplicación de la polarización
Un ejemplo claro de la polarización en la vida cotidiana es el cine 3D, 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.

40 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.

41 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.

42 El efecto Doppler y la expansión del universo.
El efecto Doppler aplicado a la observación de los cuerpos celestes ha ayudado a demostrar la expansión del universo . Cuando una galaxia se acerca respecto de un observador en la tierra , la longitud de onda de la luz que proviene de ella disminuye , por lo que en la región visible su luz se acerca al color azul. Por el contrario, cuando la galaxia se aleja , su longitud de onda aumenta y su luz en la región visible se acerca al color rojo Se utiliza un espectroscopio Se ha observado que el universo se expande. WMAP , 71±4 𝐾𝑚 𝑠 ( 𝑚𝑖𝑙𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎ñ𝑜𝑠)

43 ¿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".

44 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.

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

46 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.

47 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.

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

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

50 La luz y sus aplicaciones
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.

51 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?

52 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?

53 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 2mm 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?

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

55 ¿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.

56 ¿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.

57 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.

58 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 los tres tienen la misma frecuencia. los tres poseen la misma longitud de onda. los tres viajan con igual rapidez dentro del prisma. el de mayor longitud de onda es A. E) el que viaja más rápido es C.

59 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 b) solo II c) solo III d) solo I y II e) solo I y I

60 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 b) Sólo II c) Sólo III d) Sólo I y II e) I,II y III

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