Física I medios UNIDAD 2: Ondas y luz.

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1 Física I medios UNIDAD 2: Ondas y luz

2 La luz en tu vida cotidiana…
Arcoiris El Sol Espejos curvos Lentes

3 ÁREA DE LA FÍSICA QUE SE ENCARGA DE ESTUDIAR LA LUZ, SUS CARACTERÍSTICAS Y SU INTERACCIÓN CON LA MATERIA ÓPTICA

4 ¿Cómo trabajaremos en esta unidad?
Conoceremos desde una perspectiva histórica cómo diferentes científicos se cuestionaron he intentaron dar respuesta a: ¿qué es la luz y cómo se comporta? Definiremos y clasificaremos la luz. Analizaremos diferentes fenómenos luminosos cotidianos mediante los fenómenos ondulatorios: reflexión, refracción, transmisión, absorción, interferencia, difracción y Efecto Doppler. Profundizaremos en reflexión de la luz: espejos planos y curvos. Profundizaremos en refracción de la luz: lentes. Entenderemos cómo nuestro ojo es capaz de captar la luz e interpretarla como imágenes a nivel cerebral.

5 TEMA 1: ANÁLISIS HISTÓRICO-CIENTÍFICO RESPECTO AL ESTUDIO DE LA LUZ, SUS CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES MUCHOS SE PREGUNTARON: ¿QUÉ ES LA LUZ?

6 IDEAS DE PLATÓN Y ARISTÓTELES
Nuestros ojos emitían partículas que al llegar a los objetos los hacían visibles. Describe a la luz como un flujo inmaterial que se propaga entre el ojo y los objetos. ARISTÓTELES DISCÍPULO DE PLATÓN

7 CASI 2000 AÑOS DESPUÉS TEORÍA CORPUSCULAR TEORÍA ONDULATORIA

8 NEWTON Y SU TEORÍA CORPUSCULAR
INICIOS DEL SIGLO XVIII NEWTON Y SU TEORÍA CORPUSCULAR NO PUDO EXPLICAR SATISFACTORIAMENTE: POR QUÉ LOS CUERPOS LUMINOSOS AL EMITIR CORPÚSCULOS NO PIERDEN MASA POR QUÉ ALGUNOS CORPÚSCULOS SE REFLEJAN Y OTROS SE REFRACTAN LA LUZ ESTÁ COMPUESTA POR GRUPOS DE PEQUEÑAS PARTÍCULAS (CORPÚSCULOS) EMITIDAS POR CUERPOS LUMINOSOS QUE ESTIMULAN NUESTROS OJOS (VISIÓN) Sir Isaac Newton ( ) DISPERSIÓN DE LA LUZ PERMITE EXPLICAR ENTONCES: SE PROPAGAN EN LÍNEA RECTA PUEDE ATRAVESAR MATERIALES TRANSPARENTES (TRANSMISIÓN-REFRACCIÓN) Y REFLEJARSE EN MEDIOS OPACOS (REFLEXIÓN-SOMBRA) CUANDO LA LUZ ATRAVIESA UN PRISMA (CUERPO TRANSPARENTE) SE SEPARA EN TODOS LOS COLORES DEL ARCOIRIS

9 HUYGENS Y SU TEORÍA ONDULATORIA
INICIOS DEL SIGLO XVIII (EN LA MISMA ÉPOCA QUE NEWTON) HUYGENS Y SU TEORÍA ONDULATORIA NO PUDO EXPLICAR SATISFACTORIAMENTE: POR QUÉ LA LUZ PUEDE PROPAGARSE EN EL VACÍO SI ES ONDA ENTONCES DEBERÍA INTERFERIR Y DIFRACTARSE (NO PUDO DEMOSTRARLO) CHRISTIAN HUYGENS ( ) LA LUZ ES UNA ONDA QUE NECESITA DE UN MEDIO MATERIAL PARA PROPAGARSE LLAMADO ÉTER PERMITE EXPLICAR ENTONCES: SE PROPAGA EN LÍNEA RECTA LA MASA DE LOS CUERPOS QUE EMITEN LUZ NO DISMINUYE LA LUZ COMO ONDA PUEDE REFLEJARSE Y REFRACTARSE (TRANSMITIRSE)

10 ¿QUIÉN GANO LA COMPETENCIA?
LA TEORÍA CORPUSCULAR FUE LA ACEPTADA EN LA ÉPOCA (FINES DEL SIGLO XVII Y TODO EL SIGLO XVIII) PUES: NO SE PUDO DEMOSTRAR LA INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN (ONDA) PESO CIENTÍFICO DE NEWTON (AMPLIO CURRÍCULUM CON ACIERTOS)

11 SIN EMBARGO EN 1801… TEORÍA ONDULATORIA
DEMUESTRA EXPERIMENTALMENTE QUE LA LUZ REALIZA EL FENÓMENO ONDULATORIO DE INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN MEDIANTE UN EXPERIMENTO LLAMADO “DOBLE RENDIJA” APOYA TEORÍA ONDULATORIA

12 ADEMÁS EN 1818… TEORÍA ONDULATORIA
CONTINÚA PROFUNDIZANDO LOS TRABAJOS DE YOUNG Y DEMUESTRA LA DIFRACCIÓN A NIVEL EXPERIMENTAL Y TAMBIÉN LA POLARIZACIÓN DE LOS RAYOS LUMINOSOS APOYA TEORÍA ONDULATORIA

13 Y EN 1865… TEORÍA ONDULATORIA
DEMUESTRA MATEMÁTICAMENTE QUE LA LUZ ES UNA ONDA ELECTROMAGNÉTICA DE ALTA FRECUENCIA Y LOGRA CALCULAR APROXIMADAMENTE SU RAPIDEZ EN EL VACÍO: 𝟑∙ 𝟏𝟎 𝟖 [𝒎/𝒔] APOYA TEORÍA ONDULATORIA

14 POR LO TANTO: A FINALES DEL SIGLO XIX LA COMUNIDAD CIENTÍFICA ASUME QUE LA LUZ ES UNA ONDA (COMO HABÍA PROPUESTO INICIALMENTE HUYGENS) Y DESECHA LA POSIBILIDAD DE QUE LA TEORÍA CORPUSCULAR (DE NEWTON) SEA CORRECTA

15 SIN EMBARGO, EN 1905… TEORÍA CORPUSCULAR
DEMUESTRA QUE LA LUZ ESTÁ COMPUESTA POR PARTÍCULAS: “CUANTOS DE LUZ” MEDIANTE EL EXPERIMENTO EFECTO FOTOELÉCTRICO APOYA TEORÍA CORPUSCULAR ( )

16 ¿Y QUÉ ES EL EFECTO FOTOELÉCTRICO?

17 Conclusiones respecto de los resultados obtenidos
LA LUZ DEBE ESTAR COMPUESTA DE PEQUEÑAS PARTÍCULAS QUE INTERACTÚAN CON LOS ELECTRONES DE LOS ÁTOMOS DE LA PLACA Y PERMITEN QUE ESTOS ESCAPEN “CUANTO DE LUZ” = FOTÓN PARTÍCULA QUE COMPONE LA LUZ, QUE ES PURA ENERGÍA Y NO POSEE MASA

18 DE HECHO EN 1918, APOYANDO EL TRABAJO DE EINSTEIN
DESCUBRE LA MECÁNICA CUÁNTICA Y EXPLICA QUE EL SALTO ELECTRÓNICO PERMITE LA FORMACIÓN DE LA LUZ (FOTONES) APOYA TEORÍA CORPUSCULAR

19 PLANCK Y LA “CREACIÓN” DE LA LUZ
MIENTRAS MÁS ORBITALES SALTE UN ELECTRÓN: EL FOTÓN EMITIDO SERÁ DE MAYOR FRECUENCIA (MÁS ENERGÍA)

20 ¿ENTONCES ES ONDA (HUYGENS) O ES PARTÍCULA (NEWTON)?
¡¡¡EL PROBLEMA ERA QUE ESTABAN DEMOSTRADAS, TEÓRICA Y EXPERIMENTALMENTE, AMBAS TEORÍAS!!! ¿ENTONCES ES ONDA (HUYGENS) O ES PARTÍCULA (NEWTON)?

21 ¡¡¡ES AMBAS COSAS!!! PERO EN 1929…
DEMOSTRÓ QUE LA LUZ TENÍA UN COMPORTAMIENTO DUAL TIENE COMPORTAMIENTO CORPUSCULAR Y ONDULATORIO

22 EN SÍNTESIS: La luz es una onda electromagnética de alta frecuencia conformada por pequeñas partículas llamadas FOTONES. Cada tipo de onda luminosa está compuesta por fotones de una frecuencia y energía específica. La máxima rapidez de la luz la tiene cuando se propaga por el vacío. La luz se “produce” al interior del átomo: saltos de electrones desde los niveles de mayor energía a los de menor energía.

23 NATURALEZA DUAL PARTÍCULA ONDA REFLEXIÓN REFRACCIÓN TRANSMISIÓN
ABSORCIÓN ONDA INTERFERENCIA DIFRACCIÓN POLARIZACIÓN EFECTO DOPPLER DISPERSIÓN NATURALEZA DUAL

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25 OBJETIVO DE HOY: DESCRIBIR LAS ONDAS QUE COMPONEN EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO OBSERVANDO IMÁGENES

26 ¿QUÉ TIENEN EN COMÚN Y QUÉ SE DIFERENCIAN LAS FUENTES LUMINOSAS MOSTRADAS?
NATURAL ARTIFICIAL ARTIFICIAL

27 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Menor 𝒆𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 Mayor 𝒆𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 Menor 𝒇 Mayor 𝒇 Mayor 𝝀 Menor 𝝀 Ondas de Radio Microondas Infrarrojas Ondas Luz Visible Ultravioleta Rayos X Ondas Rayos Gamma En las ondas electromagnéticas la frecuencia es directamente proporcional a la energía que porta la onda

28 UTILIZADAS EN LAS TELECOMUNICACIONES POR SU GRAN LONGITUD DE ONDA
1) ONDAS DE RADIO UTILIZADAS EN LAS TELECOMUNICACIONES POR SU GRAN LONGITUD DE ONDA FM Y AM

29 AM (AMPLITUD MODULADA) FM (FRECUENCIA MODULADA)
ONDAS DE 𝝀 MUY LARGA ENTONCES SE DESVÍAN CON FACILIDAD FRENTE A LOS OBSTÁCULOS ONDAS DE RADIO AM (AMPLITUD MODULADA) SEÑAL MÁS ESTABLE SE DIFRACTAN MEJOR ONDAS DE 𝝀 MUY CORTA ENTONCES SE DESVÍAN MUY POCO FRENTE A LOS OBSTÁCULOS ONDAS DE RADIO FM (FRECUENCIA MODULADA) SEÑAL MENOS ESTABLE SE DIFRACTAN MUY POCO

30 2) MICROONDAS ONDAS QUE LOGRAN ROMPER LAS MOLÉCULAS DE AGUA
ADEMÁS PERMITEN EL USO DE: CELULARES RADARES HORNOS MICROONDAS TELEVISIÓN POR CABLE INTERNET POR CABLE COAXIAL

31 3) ONDAS INFRARROJAS ONDAS QUE SON EMITIDAS POR CUERPOS A “ALTAS” TEMPERATURAS LOS SERES VIVOS, ESPCIALMENTE LOS MAMÍFEROS, SON BUENOS EMISORES DE ESTE TIPO DE ONDAS UTILIZADOS TAMBIÉN EN: TELECOMANDOS BINOCULARES Y MIRAS DE USO MILITAR

32 4) LUZ VISIBLE ONDAS QUE SON PERCIBIDAS POR LOS SERES HUMANOS
TODOS LOS COLORES DEL ARCOIRIS DE MENOR A MAYOR ENERGÍA (FRECUENCIA): ROJO ANARANJADO AMARILLO VERDE AZUL MAGENTA (VIOLETA)

33 4) LUZ VISIBLE

34 OBJETIVOS DE HOY: 1) Caracterizar las ondas emitidas por el Sol dentro del espectro electromagnético mediante observación de imágenes. 2) Caracterizar los materiales según su capacidad para transmitir la luz del espectro electromagnético mediante análisis de situaciones .

35 5) RAYOS ULTRAVIOLETA ONDAS QUE SON EMITIDAS POR CUERPOS A “ALTAS” TEMPERATURAS COMO LAS ESTRELLAS LA MAYORÍA ES ABSORBIDOS POR LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA SON ABSORBIDAS POR LA PIEL (ACUMULATIVAMENTE) PUEDE PRODUCIR CÁNCER

36 5) RAYOS ULTRAVIOLETA UVA UVB UVC
De frecuencia baja en comparación a los UVB y UVC, traspasan las capas de la atmósfera y es cada vez menos absorbida por la capa de ozono De frecuencia media, penetran las primeras capas de la piel provocando quemaduras y ampollas. De mayor frecuencia, los más nocivos para la salud Son totalmente absorbidos por las primeras capas de la atmósfera Penetran las primeras capas de la piel, activando la producción de melanina (bronceado) Principal causante del cáncer, los más peligrosos para el organismo Destruye el colágeno que da elasticidad a la piel, provocando envejecimiento prematuro, manchas y lesiones precancerosas Traspasan las primeras capas de la atmósfera y medianamente absorbidos por la capa de ozono

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38 Descubiertos accidentalmente por Roentgen en 1895
6) RAYOS X Descubiertos accidentalmente por Roentgen en 1895 Muy importantes en medicina: tienen la capacidad de penetrar cuerpos densos como la piel y los músculos; son reflejados por los huesos LOS RAYOS X SON RADIACIÓN IONIZANTE: AL INTERACTUAR CON LA MATERIA LA CARGA ELÉCTRICAMENTE Radiación del tipo ionizante y absorbida por las primeras capas de la atmósfera

39 7) RAYOS GAMMA Radiación de altísima frecuencia y energía
Se producen en reacciones nucleares y en los aceleradores de partículas Radiación que es absorbida por las primeras capas de la atmósfera

40 Tomografías y medicina nuclear
7) RAYOS GAMMA EN MEDICINA: Esterilización del equipo médico y exterminación de bacterias e insectos en productos alimentarios Tomografías y medicina nuclear Rayos del tipo ionizante: podrías provocar cambios moleculares que pueden repercutir en efectos cancerígenos

41 EN EL VACÍO LA RAPIDEZ DE PROPAGACIÓN ES DE: 𝟑∙ 𝟏𝟎 𝟖 𝒎 𝒔
𝟑∙ 𝟏𝟎 𝟖 𝒎 𝒔 TODAS ESTAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS SE PROPAGAN A LA MISMA RAPIDEZ SI ES QUE ESTÁN EN EL MISMO MEDIO RECORDAR QUE LA RAPIDEZ DE PROPAGACIÓN DEPENDE DEL MEDIO NO DE LA ENERGÍA O LA FRECUENCIA DE LA ONDA ¿QUÉ ONDAS SE PROPAGAN MÁS RÁPIDO? ¿POR QUÉ?

42 MATERIALES PARA LA LUZ MATERIALES OPACOS
MIENTRAS SE PROPAGA LA LUZ SE PUEDE ENCONTRAR CON DIFERENTES MATERIALES U OBSTÁCULOS EN SU CAMINO SE CLASIFICAN EN: MATERIALES TRANSPARENTES TRANSMITEN TODA LA LUZ INCIDENTE (DAN EL PASO) EL VIDRIO ES TRANSPARENTE PARA LA LUZ VISIBLE PERO OPACO PARA LA RADIACIÓN INFRARROJA Y UV MATERIALES TRANSLÚCIDOS TRANSMITEN TODA LA LUZ INCIDENTE (DAN EL PASO) PERO LA DISPERSAN MATERIALES OPACOS ABSORBEN “TODA” LA LUZ INCIDENTE (NO DAN EL PASO) Las vibraciones que la luz comunica a sus átomos y moléculas se convierte en energía interna (los cuerpos aumentan su temperatura)

43 PROPAGACIÓN DE LA LUZ PRINCIPIO DE FERMAT
“Cuando un rayo de luz viaja entre dos puntos cualquiera de su trayectoria es aquella que necesita el menor tiempo” DEDUCCIÓN: LA LUZ VIAJA EN LÍNEA RECTA CERCA DE LA TIERRA Pierre Fermat Matemático y Físico ( )

44 FENÓMENOS ONDULATORIOS DE LA LUZ
REFLEXIÓN REFRACCIÓN TRANSMISIÓN INTERFERENCIA DIFRACCIÓN ABSORCIÓN POLARIZACIÓN EFECTO DOPPLER

45 1) REFLEXIÓN DE LA LUZ

46 Cuando una fuente luminosa emite luz, esta se propaga en línea recta en todas direcciones dando origen a infinitos rayos de luz

47 Rayo Incidente Rayo que llega a una determinada superficie desde una fuente luminosa. Rayo Reflejado Es el rayo que se refleja desde una determinada superficie. Pulida o rugosa.

48 Se produce cuando la frontera es una superficie lisa sin rugosidades.
TIPOS DE REFLEXIÓN ESPECULAR O REGULAR Se produce cuando la frontera es una superficie lisa sin rugosidades. RAYOS INCIDENTES Y REFLEJADOS PARALELOS ENTRE SÍ DIFUSA O IRREGULAR Se produce cuando la frontera es una superficie rugosa o irregular. RAYOS INCIDENTES PARALELOS Y RAYOS REFLEJADOS NO PARALELOS ENTRE SÍ

49 EN TODA REFLEXIÓN SE CUMPLE
RECUERDA QUE… EN TODA REFLEXIÓN SE CUMPLE LA LEY DE REFLEXIÓN 𝜶=𝜷 Escriba aquí la ecuación. 𝜶 𝜷

50 2) REFRACCIÓN DE LA LUZ

51 La refracción Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda y la longitud, cuando pasa de un medio a otro. Podemos observa en la figura que no hay el cambio del color, por lo tanto, la frecuencia no cambia. 

52 3) EL COLOR Todo cuerpo iluminado absorbe una parte de las ondas electromagnéticas y refleja las restantes.  

53 Interacción de la Luz

54 Dispersión de la Luz Blanca (descomposición de la luz)
Cuando un haz de luz blanca, por ejemplo, procedente del sol atraviesa las gotas de lluvia, las distintas radiaciones monocromáticas son tanto más desviadas por la refracción cuanto menor es su longitud de onda.  

55 Dispersión de la Luz blanca (descomposición)

56 RED DE DIFRACCIÓN Cuando hay una necesidad de separar la luz de diferentes longitudes de onda en alta resolución, la herramienta de elección mas usada es la red (o rejilla) de difracción. Ese aspecto de "súper prisma" de la red de difracción, conduce a su aplicación en la medición de los espectros atómicos tanto en instrumentos de laboratorio como en telescopios.  

57 Luz visible Comparativo de color, frecuencia y longitud

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