La Luz: Una Onda electromagnética Dep. de Física y Química I.e.s.Dr. Rodríguez Delgado Cargas...

La Luz: Una Onda electromagnética

Dep. de Física y QuímicaI.e.s.”Dr. Rodríguez Delgado

Cargas aceleradas producen ondas Cargas aceleradas producen ondas electromagnéticas. Durante la electromagnéticas. Durante la propagación de la onda, propagación de la onda, el campo el campo eléctricoeléctrico (rayas rojas) oscila en un (rayas rojas) oscila en un eje perpendicular a la dirección de eje perpendicular a la dirección de propagación. propagación. El campoEl campo magnéticomagnético (rayas azules) también oscila pero (rayas azules) también oscila pero en dirección perpendicular al campo en dirección perpendicular al campo eléctrico.eléctrico.

La velocidad de la luz es de 300.000 La velocidad de la luz es de 300.000 Kilómetros/segundo. A esta velocidad:Kilómetros/segundo. A esta velocidad:

- se le da la vuelta entera a la Tierra en 20 - se le da la vuelta entera a la Tierra en 20 milisegundos.milisegundos. - se viaja a la Luna en 1,3 segundos. - se viaja a la Luna en 1,3 segundos. - se llega al Sol en 8 minutos 19 segundos. - se llega al Sol en 8 minutos 19 segundos. - se llega a la estrella más cercana en en 4,2 años. - se llega a la estrella más cercana en en 4,2 años.

Dispersión de la luz


• Esto es debido a que la velocidad de la luz en un medio cualquiera varía con la longitud de onda (el índice de refracción de un medio y por tanto la velocidad de la luz en el mismo depende de la longitud de onda. Cada color tiene una longitud de onda distinta). Así, para un mismo ángulo de incidencia, la luz se refracta con ángulos distintos para diferentes colores.

•Uno de los fenómenos de la luz natural es su descomposición en todos los colores del arco iris, desde el rojo hasta el violeta, cuando se refracta a través de algún material de vidrio, este fenómeno recibe el nombre de dispersión.

Espectro de la luz


Radiación ultravioleta La radiación ultravioleta (UV) que provienen del Sol, la mayor parte está bloqueada por la atmósfera de la Tierra, pero algunos logran pasar. La radiación UV ayuda a que las plantas crezcan, y a crear vitamina D en los humanos. Sin embargo, demasiada cantidad de UV puede causar quemaduras y cáncer de piel, cataratas, y también puede dañar a las plantas

Radiación de Rayos x Los Rayos x viajan a través de materiales como el tejido de la piel y órganos, pero rebota contra huesos sólidos. Es por esto que los médicos los

usan para tomar fotografías de los huesos.

Radiación Gamma Los rayos gamma tienen longitudes de onda más cortas de cualquier otro tipo de radiación.

Hay diferentes tipos de energía provenientes del Sol. Todos los tipos de energía forman

parte del espectro electromagnético. Generalmente el espectro se divide en siete partes:

Espectro de la luz II


Ondas de radio : Estas ondas se usan para hacerte llegar las melodías de tus estaciones de radio favoritas, pero también son un tipo de radiación que proviene del Sol.

Microondas: Las microondas pueden ser usadas para estudiar al Universo, comunicarse con satélites y cocinar palomitas de maíz

Radiación Infrarroja: Los instrumentos sobre los satélites, que detectan plantas, tipos de rocas y características de la atmósfera, usan radiación infrarroja.

Radiación visible: Esta es la parte del espectro electromagnético que las personas pueden ver. Incluye todos los colores del arcoiris los cuales, cuando se combinan, dan origen a la luz blanca.

Reflexión de la luz


Medio 1 n1

Medio 2 n2

Rayo incidente Rayo Reflejado

i r

Leyes de Snell de la reflexión:

1. Los rayos incidente, reflejado, los ángulos incidente, reflejado, la normal están en el mismo plano.

2. El ángulo de incidencia y el reflejado son iguales. i = r

n= c/v

c= 3.108 m/s

N

•En el vacío la velocidad de las radiaciones luminosas no depende de la longitud de onda de éstas, sino que es constante. Sin embargo en los medios materiales sí depende de ella.

•La frecuencia de las radiaciones luminosas es igual en el vacío que en los medios materiales, no así las longitudes de ondas. (Es debido al cambio de valor de la velocidad de dichas radiaciones según el medio).

Refracción de la luz


Rayo Incidente

Rayo Refractado

i

r

N

Medio 1 n1

Medio 2 n2

Leyes de Snell de la refracción:

1. Los rayos incidente, reflejado, los ángulos incidente, reflejado, la normal están en el mismo plano.

2. Se cumple la siguiente relación:

n1 sen i = n2 sen r

n1= c/v1 n2= c/v2

r

Reflexión Total


Aire n1

Vidrio n2 i1

r1

i2

r2 r3=90º

i3

n1<n2

i4

r4

1.-Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro con menor índice de refracción, se refracta alejándose de la normal.

2.- Al incidir con un ángulo mayor, el ángulo de refracción también se hace mayor.3.- Para cierto ángulo de incidencia, llamado ángulo limite, el ángulo de refracción r vale 90º.

4.-Para ángulos de incidencia mayores, la luz se refleja totalmente. Es el fenómeno de la reflexión total.

n1 sen i = n2 sen 90º; sen L = n2/n1 = n21

DifracciónDifracción


La teoría de la difracción de la luz nos enseña que la imagen que da un punto luminoso no es un punto sino una mancha circular brillante rodeada de anillos

concéntricos que alternan entre oscuros y luminosos cada vez más apagados.

La difracción se produce cuando la longitud de onda de una onda es de un tamaño similar a los obstáculos o a las rendijas. Las ondas de mayor longitud de onda se difractan más. Esto explica por qué no es usual observar la difracción de la luz: la longitud de las ondas de la luz es sumamente pequeña, pequeñísima comparada con el tamaño de los objetos que nos rodean. Como resultado de la difracción de la luz, los contornos de las sombras pierden su nitidez; la frontera entre luz y sombra deja de ser clara. En la zona del borde aparecen franjas claras y oscuras, como se ilustra en las figuras.

Propagación de la luz en medios anisótropos

Polarización de una onda

Propiedad de las ondas transversales: La vibración es perpendicular a la dirección de propagación

Se define la dirección de polarización como la dirección de vibración del campo eléctrico E


Fuente puntual: Ondas polarizadas (antenas ..)Muchas fuentes: Ondas no polarizadas (sol..)

Polarización lineal

La vibración se mantiene fija respecto a una línea fija en el espacio

kkxwtsenBB

jkxwtsenEE

ˆ)(

ˆ)(

0

0


Onda que se propaga en dirección X y está polarizada linealmente en dirección Y

Polarización Elíptica o Circular El vector campo eléctrico va cambiando

en el tiempo describiendo elipses o circunferencias

)ˆcosˆ)((

)ˆˆ(cos)(

0

0

ktjtsenkxwtsenBB

ktsenjtkxwtsenEE


Onda polarizada circularmente que se propaga en dirección X. El campo E es una superposición de un campo vibrando en dirección Y y otro en dirección Z

Polarización por absorción: filtros polarizadores

Un polarizador ideal deja pasar el 100% de la luz incidente en dirección de su eje de transmisión y bloquea toda la luz que incide vibrando en la dirección perpendicular


Ley de Malus

Cuando la luz natural incide sobre un polarizador, la intensidad transmitida es la mitad de la incidente

Al pasar por un segundo polarizador que forma un cierto ángulo con el primero


Recordad que la intensidades proporcional al cuadrado delCampo eléctrico

La Luz: Formación de imágenesLa Luz: Formación de imágenes


f’ f

y

y’

Lentes convergentes I

Objeto real antes del foco

Imagen real e invertida

f’ f

y

y’

Lentes convergentes II

Objeto real en el foco

No se forma imagen

f’ f

yy’

Lentes convergentes III

Objeto real a la derecha del foco

Imagen virtual y mayor

f

y

y’

Lentes divergentes IV

Objeto real antes del foco

Imagen virtual f’

Dirección applets:


ohttp://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/EspejoPlano/EspejoCurvo/Applet_espejosCurvos.html

El Ojo Humano El ojo normalmente está enfocado al infinito. Cuando

enfocamos un objeto próximo, los músculos ciliares se contraen y modifican la forma del cristalino haciéndolo mas esférico, rediciéndose la distancia focal y el radio de curvatura.

Gracias a la capacidad de enfoque, el ojo puede ver con nitidez objetos situados a distintas distancias.

El punto mas cercano que puede ver un ojo con nitidez se llama punto próximo y se encuentra a 25 cm.

El punto del infinito enfocado cuando el ojo está relajado se llama punto remoto.

MIOPÍA: MIOPÍA: el ojo puede enfocar objetos cercanos y a cierta el ojo puede enfocar objetos cercanos y a cierta distancia (unos metros) pero no puede enfocar los lejanos.distancia (unos metros) pero no puede enfocar los lejanos.

La persona miope no ve no ve bien de lejosbien de lejos. . Al estar el punto focal del ojo más

cerca de la córnea que en un ojo normal, los

objetos situados en el infinito forman la

imagen delante de la retina y se ven

borrosos.

El punto remoto y el punto próximo están

más cerca que en el ojo normal.

Para corregir la miopía se necesitan lentes divergentes: divergen los rayos que llegan.

http://www.clinicareinoso.com/info/miopia.htm

Hipermetropía:Hipermetropía: los rayos del infinito se forman detrás de los rayos del infinito se forman detrás de la retina. la retina.

Los objetos se ven borrosos en distancias distancias cortas. cortas. Hay que acercarse para ver las cosas bien, Se pierde agudeza visual.

http://www.clinicareinoso.com/info/hipermet.htm

Presbicia: Presbicia: Vista cansadaVista cansada.

Con el paso de los años se reduce la capacidad de adaptación del cristalino (pierde flexibilidad) y aumenta la distancia a la que se encuentra el punto próximo. Se corrige con lentes convergentes. Los músculos ciliares no pueden


Defectos de la visiónDefectos de la visión


Hiperpemetropía

Miopía

Formación de imágenes en espejos esféricos De los infinitos rayos que parten del punto A de un objeto, es

posible fijarse solo en los que inciden sobre un espejo convexo en una zona cercana al eje .Todos ellos se reflejan ; y algunas veces los propios rayos, otras sus prolongaciones, se cortarán en un punto A’, que será la imagen de A.

Para un punto B situado sobre el eje, su imagen es un punto B’ situado sobre el eje. Todos los puntos intermedios entre A y B tienen su imagen entre A y B.

Si se quiere situar la posición de la imagen, no es necesario trazar todos los rayo; será suficiente con dos de ellos. No obstante, se disponen de tres que son fáciles de dibujar. VEAMOSLO:


B

A

ESPEJOS•Centro de curvatura C: Es el centro de la superficie esférica que constituye el espejo.

•Radio de curvatura R: Es la distancia entre el centro del la esfera (o centro de curvatura).

•Centro del espejo O: Es el origen del centro de coordenadas.

•Eje principal o eje óptico: Es la recta que pasa por su centro O y por su centro de curvatura.

•Distancia focal f: Es la distancia entre el centro O y el foco F.

•Foco F: Es el punto del eje por el que pasan los rayos paraxiales (aquellos cercanos al eje), o sus prolongaciones, cuando inciden paralelos al eje.

C F

O

f

Espejo cóncavo

R

Eje

F Cf

OR

•Los rayos que inciden sobre el espejo paralelos al eje óptico se reflejan y cortan el eje en un punto, llamado foco, si son cóncavos, o en sus prolongaciones si son convexos.

Eje

Espejo convexo

F C

Espejos convexos

AM

N

B

A’

B’

•Rayo AM: Paralelo al eje, se refleja de forma que él o su prolongación pasa por el foco F.

•Rayo AN: que incide normal al espejo y cuya prolongación pasa por el centro de curvatura C, vuelve por la misma dirección.

•Rayo AF: que se dirige hacia el foco, se refleja paralelo al eje.

Las imágenes de los espejos convexos son siempre virtuales, derechas y de menor tamaño

•El foco F en un espejo convexo está detrás del espejo. Los rayos van a incidir por la parte convexa.

Ejemplo: espejos en los cruces de las calles.

Espejos cóncavos


Existen varios casos:

1.- Si el objeto está entre el infinito y el centro de curvatura.

2.- Si el objeto está situado en el centro de curvatura.

3.- Si el objeto está entre el centro de curvatura y el foco.

4.- Si el objeto está entre el foco y el espejo.

C F

Pulsa en cada número para ver la formación de las imágenes.

Formación de imágenes en un espejo cóncavo (II)


C F

Imagen real a tamaño natural, real e invertida

2.- Si el objeto está situado en el centro de curvatura.

Formación de imágenes en un espejo cóncavo (I)


C F

Imagen real, invertida y mas pequeña

1.- Si el objeto está entre el infinito y el centro de curvatura.

Formación de imágenes en un espejo cóncavo (III)


C F

Imagen real invertida, pero aumentada

3.- Si el objeto está situado entre el centro de curvatura y el foco.

Formación de imágenes en un espejo cóncavo (IV)


C F

Imagen virtual, derecha y aumentada

4.- Si el objeto está situado entre el foco y el espejo.

Resumen


Si quieres algo mas interactivo:Applets

Formación de imágenes en espejos cóncavos.

Formación de imágenes en lentes convergentes.


Lentes y espejos:

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