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Las ondas y la luz

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Émely Urbina Lillo

on 15 August 2017

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Transcript of Las ondas y la luz

La luz
¿Qué es y cómo se comporta la luz?
¿Qué son cuerpos luminosos y cuerpos iluminados?
Los cuerpos luminosos son aquellos que emiten luz, mientras que los cuerpos iluminados son aquellos que no emiten luz y los podemos ver gracias a la reflexión de la luz
¿Por qué podemos ver los cuerpos que no emiten luz?
¿Por qué se ve invertida la imagen de una cámara oscura?
Es la
propagación rectilínea de la luz
la que permite que observemos una imagen real invertida.
Reflexión de la luz
¿Por qué se ve invertida la imagen del volcán en el lago?
¿Cómo se forman los arcoíris?
¿Qué objeto óptico reconoces en la imagen?
La luz
, al igual que el sonido, es uno de los fenómenos físicos relacionados con nuestra
percepción
. Mediante ella podemos
distinguir formas
y colores
. También la luz es
energía
, lo que podemos comprobar cada vez que sentimos en nuestra piel el
calor
que nos llega del
sol
. En la naturaleza la luz se manifiesta de distintas maneras: en un relámpago, en las estrellas, en el fuego, incluso existen algunos seres vivos, como las luciérnagas, que
emiten luz
a partir de
procesos químicos
.
¿Qué fenómeno se asocia a la propagación rectilínea de la luz?
Si el Sol se apagara, ¿Cuánto tiempo tardaríamos en darnos cuenta?
La luz es lo más rápido del universo.
Podría rodiar la tierra 7 veces en 1 segundo.
Cuando estudiamos el universo, nos permite mirar hacia atrás en el tiempo.
La rapidez de la luz posee un valor finito y corresponde a:
La distancia entre el Sol y la Tierra es de 149.597.870.700 metros.
¿Se puede fotografiar la propia luz?
¿Cómo percibimos la luz?
El ser humano puede percibir la luz gracias a un órgano especializado para ello, el ojo. Los ojos transforman una onda electromagnética (la luz) en impulsos nerviosos (señales eléctricas).
El espectro electromagnético:

La luz es una onda electromagnética que, dependiendo de su energía , puede clasificarse en diferentes tipos de radiaciones. A éste conjunto de ondas se les conoce como espectro electromagnético.
¿Cómo se forman los colores?
A partir del experimento realizado por Newton, fue posible concluir que la luz blanca está compuesta por los distintos colores. Sin embargo, si se desea descomponer un haz de luz monocromática (luz de un solo color), no es posible hacerlo. Cuando la luz que atraviesa un prisma se separa en colores, se dice que experimenta una dispersión cromática.
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 diferente. De esta manera, la luz es dispersada en una serie de colores, conocida como espectro visible. Newton demostró que cada uno de los colores tiene un ángulo particular de desviación al interior de un prisma
El comprender cómo se dispersa la luz, permitió entender fenómenos como la formación de los arcoíris. Un arcoíris se forma cuando un rayo de luz (blanca) incide en una gota de agua atmosférica (lluvia) y es reflejado y refractado de la siguiente forma: primero experimenta una refracción en la superficie frontal de la gota; luego, la luz es reflejada en la superficie posterior de la gota, y, finalmente, la luz dispersada cromáticamente se refracta de nuevo al salir de la gota, entre 40° y 42° respecto del rayo de entrada.
¿Qué ocurrirá cuando la luz blanca incida sobre una superficie negra?
Responde.
Responde
Responde
Colores
Reflejada
Azul
Electromagnéticas
Corta
Reflexión de la luz
Refracción de la luz
¿Por qué se ve invertido la imagen del árbol en el lago?
¿Qué tipo de reflexión hay en las paredes?
¿Qué debemos hacer con las paredes para poder ver nuestro reflejo en ellas?
En 1802, el astrónomo William Herschel paseaba por una playa de la costa inglesa con su hijo John

-Padre, ¿Crees en los fantasmas?
-Pues, ¡sí hijo mío!
- No lo habría imaginado de ti padre.
- Ah, no, no creo en el fantasma del tipo humano. No, para nada. Pero, mira hacia arriba, hijo, y verás un cielo lleno de ellos.
- ¿Las estrellas padres?... No lo entiendo…

¿Qué es la luz?
Agrigento
Siglo V a.c.
Grecia Clásica
Filosofía y Ciencias aún no se han separado.
Las hipótesis se basan en lo observable y experimentado con los sentidos.
No se pone a prueba la hipótesis mediante la experimentación
Empédocles
El ojo está formado por los cuatro elementos, y el fuego en su interior emite luz que atraviesa la córnea y sale al exterior.

Esta primera hipótesis sobre la luz y la visión es, por tanto, una hipótesis de emisión
En su obra "
sobre la naturaleza
", postula la existencia de 4 elementos, además de reconocer la percepción y los sentidos
Tierra - Fuego - Aire - Agua
¿Por qué vemos de día y no en la oscuridad?
El ojo humano no es lo único que contiene un fuego interior. El Sol, la Luna, las lámparas, etc., también los contienen, y emiten a su vez luz viajando en línea recta hasta los objetos y a una velocidad finita.


Cuando los objetos reciben estos rayos, a su vez emiten los suyos propios en respuesta. Cuando estos rayos “secundarios” entran en contacto con los emitidos por el ojo, la interacción entre ambos constituye la visión. Así, el proceso no sería puramente de emisión, sino de emisión-recepción.
No vemos en la oscuridad porque no hay suficiente luz sobre los objetos, ya que nuestro ojo no tiene un fuego tan intenso. El de un gato seguramente sí puede emitir suficiente “fuego” como para ver, pero no nosotros.
Siglo V a.c
¿Qué ideas de Empédocles se consideran acertadas según el conocimiento actual de la luz?
La existencia de rayos luminosos
La velocidad finita de la luz
La reacción de los objetos al recibir luz emitida por otros
¿Qué idea no consideran acertadas según el conocimiento actual de la luz?
La concepción de la visión como la interacción entre dos fuegos, uno interior y otro exterior.
Siglo IV a.c
Aristóteles
Estagira
La luz es la acción del medio transparente cuando ha recibido un impulso por los fuegos externos y esa acción se propaga de manera instantánea. De este modo, si no hay luz externa no podemos ver.

Su hipótesis, por tanto, no es de emisión como la de Empédocles, sino de absorción.
Siglo IV - III a.c
Alejandría
Euclides
Las estrellas están muy lejos de mí, por lo tanto, cuando abro los ojos y el fuego interior emite rayos hacia ellas, debería haber un desfase entre el momento en el que abro los ojos y el momento en el que veo las estrellas.

Sin embargo, al abrir los ojos vemos las estrellas instantáneamente, luego debía ser falsa una de dos cosas en la hipótesis de Empédocles: o bien la visión no se producía por la excitación del objeto por parte del fuego del ojo, o bien la luz viajaba de manera instantánea.
Siglo IV - III a.c
Abdera
Atenas
Demócrito
Platón
La luz son chorros de partículas que viajan a velocidad finita y el ojo la percibe como un flujo continuo
Primera formulación granular de la luz
Primera formulación dinámica de la luz
Ni Empédocles, ni Aristóteles, ni Euclides ni Platón podían demostrar sus ideas: ninguno midió una velocidad para la luz, ni realizó ningún experimento que demostrase sin lugar a dudas que su hipótesis era verdadera y la otra falsa. Tampoco podían demostrar siquiera aquello en lo que todos estaban de acuerdo, la existencia de un fuego interior del ojo
Euclides estudia la
refracción
atmosférica y señala los errores de observación en la posición de las estrellas
Siglo VII
Modelo corpuscular de la luz
La luz esta compuesta por diminutas partúculas emitidas desde la fuente luminosa
Experimentos que validan su modelo:
Propagación rectilínea de la luz
Formación de sombras
Reflexión de la luz
Isaac Newton
Modelo ondulatorio de la luz
Christian Huygens
La luz presenta un comportamiento ondulatorio
Experimentos que validan su modelo:
Propagación rectilínea
Reflexión de la luz
Siglo XIX
1801
El experimento de la doble rendija
Thomas Young
Propiedades ondulatorias de la luz
1905
Siglo XX
Efecto fotoeléctrivo
Albert Einstein
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).
¿De donde proviene la luz?
Actualmente
Siglo XXI
Hoy la luz se considera tanto onda como partícula.
DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
Azul
Un frente de onda luminoso atraviesa dos ranuras, generándose un patrón conocido como patrón de interferencia.
Un frente de ondas luminosas atraviesa una abertura, generándose un nuevo foco emisor.
Diferencias:
1. Actualmente la teoría corpuscular plantea que la luz está constituida por paquetes de energía llamados FOTONES, mientras que la teoría ondulatoria postula que la luz es una ONDA ELECTROMAGNÉTICA.
2. La teoría corpuscular no puede explicar el fenómeno de la interferencia, mientras que la teoría ondulatoria no puede explicar el efecto fotoeléctrico.

Similitudes: Ambas explican la propagación rectilínea de la luz, la formación de sombras y la reflexión de la luz.
Fotón
La polarización se produce cuando un frente de onda luminosa (que oscila en todas direcciones) atraviesa un filtro (polarizador) que impide su paso, o bien deja pasar sólo una parte de él. La polarización es una evidencia de que la luz es una onda transversal.
Partícula
Ondulatorio
Partícula
La interferencia es un fenómeno que se produce cuando un frente de ondas atraviesa dos o más ranuras (similar a lo que sucede en la difracción). Esto genera un patrón en el cual una parte de londas se anula y otra parte se suma
¡Esa mujer ahora es un gorila!
¿Cómo es posible?

La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial.
Reflexión Especular
Reflexión Difusa
Formación de imágenes en espejos planos
Este tipo de reflexión se da en
superficies pulidas
.
Notamos cómo los rayos
incidentes paralelos, se reflejan paralelamente
también.
Este tipo de reflexión
permite formar imágenes
Este tipo de reflexión se da en
superficies rugosas
.
Notamos cómo los rayos incidentes
paralelos, se reflejan en diferentes direcciones
.
Este tipo de reflexión
no permite formar imágenes, pero si nos permite ver los objetos opacos desde cualquier punto
.
Primero se debe escoger un punto del objeto, y de allí trazar dos rayos incidentes dirigidos hacia el espejo. Luego se hace uso de la ley de reflexión proyectando los rayos reflejados. La intersección de los rayos reflejados forma la imagen del punto elegido inicialmente.
Características de la imagen
1. Es una imagen virtual debido a que se forma con la prolongación de los rayos reflejados.

2. Es derecha en la vertical e invertida en la horizontal.

3. La distancia del objeto al espejo (d0) es igual a la distancia entre el espejo y la imagen (di).

4. La imagen (producto del espejo) y el objeto (el original) tienen el mismo tamaño.
¿Cuál es el largo mínimo que debe tener un espejo para vernos de cuerpo entero?
Si lo ves, ¿por qué no lo puedes tocar?
¿Por qué vemos nuestra imagen invertida en el interior de una cucharas?

¿Por qué nos vemos más pequeños en los espejos de tienda?

¿por qué nos vemos deformes en los espejos de los parques de diversión
Espejos curvos
Cóncavos o convergentes
Convexos o divergentes
Los rayos paralelos no convergen en un punto focal, sino que divergen. Pero si prolongamos los rayos reflejados detrás del espejo, veremos que convergen formando un foco virtual
Espejo que tiene la capacidad de converger en un único punto, llamado foco real, todos los rayos que inciden paralelor al eje óptico
Formación de imágenes en espejos cóncavos.
Ley de reflexión para espejos curvos
Imagen:
Real
Invertida
Menor tamaño
Imagen:
Real
Invertida
Igual tamaño
Imagen:
Real
Invertida
Mayor tamaño
Sin imagen
Imagen:
Virtual
Derecha
Mayor tamaño
Formación de imágenes en espejos divergentes
Imagen:
Virtual
Derecha
Menor tamaño
Difusa
Ley de reflexión
Ángulo reflejado
Difusa
Pulirla
Foco
Eje óptico
Divergentes
Virtuales
Menor
Reflexión
Derechas
Igual
Superficie lisa
Sólo 2 rayos, pues basta con la intersección de éstos
¿Cómo volver lo visible en invisible?
https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_en.html
La rapidez media de la luz disminuye debido a la interacción que tienen los fotones con la materia
En el diamante
Entre el vacío y el diamante
No existe un medio cuya rapidez de la luz sea 1,5c, pues eso quiere decir que tiene una rapidez de propagación mayor a la rapidez de la luz en el vacío y eso no es posible porque la rapidez de propagación de la luz en el vacío es una CONSTANTE UNIVERSAL
3
El medio 3
Medio
Dirección de propagación
acerca
Índice de refracción
¿Se puede crear fuego con hielo?
¿Qué tienen en común los siguientes objetos?
Los objetos anteriores utilizan lupas y son llamados instrumentos ópticos
Un lente es una pieza de cristal, generalmente circular, con algunas de sus caras cóncavas o convexas y que se emplea en instrumentos ópticos
¿Cómo se forman las imágenes en las lentes?
Desarrolla tus habilidades página 91.
Desarrolla tus habilidades página 95.
Tecnología correctiva de la visión
Lente convergente
Entre el foco y la lente
Delgadas
Foco virtual
La imagen se forma antes de llegar a la retina
La imagen se forma después de la retina
Divergente
Convergente
Gruesas
Foco real
Imagen:
Virtual
Derecha
Mayor tamaño
Imagen:
Virtual
Derecha
Menor tamaño
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