Conferencia 10 Unidad 4 La Luz Gg Primera Parte 2

8/16/2019 Conferencia 10 Unidad 4 La Luz Gg Primera Parte 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE NICARAGUA, MANAGUAUNAN-MANAGUAFACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

ASIGNATURA: INTRODUCCIÓN A LA FÍSICAUnidad 4. La luzUnidad 4. La luz

Primera PartePrimera Parte

Magistral No. 10Elaborado por: M.Sc. Karla Ubieta H.

Mayo, 2015

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Contenido:

. esarro o s r co2. Naturaleza de la luz.

4. Leyes de Snell

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Objetivos:1.Conocer el desarrollo histórico de la luz.

. s ngu os en menos en os cua es aluz se comporta de manera ondulatoria de

.

3. Discutir la Ley de Snell de la Reflexión y laRefracción de la Luz.

3Foto: K Ubieta (2013)


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La Óptica es una ciencia muy divertida ¡ n esta ocas n veremos a Óptica y la relación con tu

carrera

¿Están listo?

¿ s n s os


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IntroducciónÓptica- rama más antigua de lafísica. Ciencia de la luz,

de explicar el fenómeno de lavisión considerándolo comoacu ta an m ca que e perm terelacionarse con el mundoexterior.

La Óptica antigua:Los filósofos griegos Platón y Aristóteles

La Óptica moderna:, ,

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Pitágoras de Samos (S. VI A.C.)“La luz es algo que fluye del propio cuerpo

luminoso y que captan nuestros ojos”

Platón 429-347 A.C.“La luz es una acción entre algo queemanaba de tres focos: los ojos, el objetoue se ve el foco ue ilumina”

Alhazen (s. XI D.C.)

“en el ojo, que es un mero receptor de talcausa”

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Robert Hooke (1653-1703)“

burbujas y otras láminasdelgadas, concluye que la luz esa v rac n r p a e a go

r s an uygens -“La energía emitida por el cuerpo

,vacío, mediante un movimientoondulatorio” . Teoría ondulatoria

e a uz.

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esarro o s r co e a uz

Isaac Newton (1642-1727)“La luz está compuesta por

propagan en todas direcciones en

línea recta con velocidad finita yla retina, dando origen asensaciones luminosas”

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James C. Maxwell (1831-1879)

En 1873 da a conocer su teoría queafirma: “la luz es una perturbaciónelectromagnética debido a lasuperposición de un campo eléctrico yuno magnético, perpendiculares entre

sí, propagándose en el vacío en formade ondas y con velocidad constante”

-Al producir ondas electromagnéticas enun circuito eléctrico, demostró que ellas

luz. 9


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Albert Einstein (1879-1955)

científico, que hace volver aconsiderar la teoría corpuscular deNewton con el fenómeno estudiado

llamado Efecto Fotoeléctrico. ,consideró que la energía de unaradiación luminosa via a enpequeños paquetes de energía quellamó fotones. Con esto afirmaba la

.

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Desarrollo histórico de la Luz

Louis de Broglie (1892-?)Iniciador de la mecánica ondulatoria,conc uy en que e concep ocorpuscular es inseparable del concepto

de onda. Los fotones son los quetransportan la energía de la radiaciónluminosa.

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Naturaleza de la luzLas diversas hipótesis formuladas en distintos momentos históricos para justificar los fenómenos conocidos entonces, se iban desechando o

Las primeras hipótesis científicas merecedoras de atención surgieron casisimultáneamente durante el si lo XVII fueron ro uestas or dosgrandes científicos: el inglés Isaac NEWTON (1643-1727) y el holandésChristian HUYGENS (1629-1695).

Las dos hipótesis, aparentemente contradictorias entre sí, se handenominado la teoría CORPUSCULAR (de Newton) y la teoríaONDULATORIA (de Huygens) y han servido de base a todas las

opiniones posteriores.

A continuación se detallan estas teorías:


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los focos luminosos emiten minúsculasTeoría corpuscular de Newton:

partículas que se propagan en línea recta entodas las direcciones y al chocar con nuestrosojos produce la sensación luminosa.

Su principal inconveniente era que para explicar

la refracción de la luz hubo que suponer que laluz viaja a más velocidad en el agua que en el

falso.La luz consiste en la propagación de una

perturbación del medio, de carácter longitudinal,

Teoría ondulatoria de Huygens:

s m ar a as on as sonoras.

Su principal inconveniente era que en esaépoca no se habían observado en la luzfenómenos típicamente ondulatorios como la

( Año 1690)

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racc n n er erenc a.


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Teoría ondulatoria deFresnel:

La luz está constituida por ondastransversales

Foucault midió en 1850 la velocidad de la luzen el agua y comprobó que era menor que en

Teoría electromagnética de Maxwell :

el aire.

La luz no es una onda mecánica sino unaforma de onda electromagnética de altafrecuencia, que se propaga sin necesidad de

un medio material.La luz consiste en la propagación de un

( Año 1864)

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perpendiculares entre sí y perpendiculares

ambos a la dirección de propagación.


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Teoría corpuscular deEinstein:

Para explicar el efecto fotoeléctricodescubierto por Hertz y a partir de la hipótesiscuántica de Planck, propone que la luz está

( Año 1905) orma a por un az e peque as par cu as

llamadas fotones ( cuántos de energía)

La energía de cada fotón viene determinadapor la fórmula de Planck:

E = h · f

energía del fotón

Frecuencia de laluz (radiación)

Planck

6,625·10 –34 J· s

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La luz tiene una doble naturaleza:( A partir del año

Natur aleza dual de la luz:

corpuscular y ondulatoria1905)

La partícula de luz recibe el nombre de fotón. Laartícula de luz no tiene masa !La luz es inmaterial!

Se propaga mediante ondas electromagnéticas y

presenta los fenómenos típicos ondulatorios, pero ensu nteracc n con a mater a, en c ertos en menosde intercambio de energía, manifiesta un carácter corpuscular.

En ningún caso manifiesta simultáneamente ambasnaturalezas. En un fenómeno concreto se comporta comoonda o como partícula.

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Fuentes de luz

Secundarias

Una fuente de luz puede ser difusa o puntual.

.ser primarias y secundarias. Las primarias producen la luz que emiten (elSol), las secundarias reflejan la luz de otra fuente (la Luna). A su vez, se

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, ,artificiales (una lámpara).


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Las fuentes luminosas emitenRayos de Luz, los cualessiempre viajan en línea recta,

igual que en el siguiente dibujo


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¿Porqu vemos las cosas?Los objetos son emisores de luz, ya sea primarios osecun ar os.

Para oder ver un ob eto, los ra os emitidos or éstedeben llegar al ojo.

,en todas direcciones, permitiendo su observación.

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La Óptica Geométrica estudia como los rayos de luz cambiansu recc n cuan o egan a una ente, a un espe o o acualquier otro instrumento óptico.

...¿Pero que es la luz?...


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La luz es información:

onSin Con

¡¡¡Imagina que vives en unplaneta en donde la luz no

existe!!!

o po r as ver que ay a ualrededor, no sabrías a quedistancia están las cosas, ni

los bonitos paisajes. Engeneral no podrías hacer

.


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La luz es una Onda electromagnética

de una onda

• Longitud de onda -distancia entre dos

puntos consecutivos que tienen elm smo es a o e osc ac n.

• Periodo T- Tiempo que tarda en realizar

una oscilación completa.

• -

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en que ocurren en un segundo.


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Los diversos tipos de ondas electromagneticas difieren

frecuencia las cuales estan relacionadas por la ecuacion:

= c

Las ondas electromagnéticas no necesitan ningún medio, .ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a lamisma velocidad.

= =

El efecto que causan depende en gran medida de su

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frecuencia.


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Propiedades de la luz

La velocidad de luz enel vacío es de

Fecha Investigador Medición (km/s)1676 Römer 220 000 ?1849 Fizeau 313 300 ?1862 Foucault 298 000 500

c = 3,00 X108 m/s

1875 Cornu 299 990 200

1880 Michelson 299 910 501883 Newcomb 299 960 30

velocidad de la luz 1926 c e son 7

1928 Helstaedt 299 778 10

1928 Michelson, Pease

Pearson 299 774 2 1941 Anderson 299 776 61949 Aslakson 299 792 3,51950 Essen 299 792,5 1,0

1952 Froome 299 792,6 0,71953 Mackenzie 299 792,4 0,5

1957 Bergstrand 299 792,85 0,16

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1958 Froome 299 792,50 0,10

1967 Grosse 299 792,50 0,05


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Se denomina espectro electromagnético a la distribución

, .

LaLa radiaciónradiación electromagnéticaelectromagnética eses unauna combinacióncombinación dedecam oscam os eléctricoseléctricos ma néticosma néticos oscilantesoscilantes ueue sesepropaganpropagan aa travéstravés deldel espacioespacio transportandotransportando energíaenergía dede ununlugar lugar aa otrootro..

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Espectro EM Espectro de la radiaciónvisible

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,los colores azules/violetas mientras que las longitudes deondas largas corresponden a los rojos.

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La teoría electromagnética permite explicar fenómenosluminosos como interferencia, polarización y difracción.

Sin embargo, la teoría ondulatoria de la luz es incapaz deexplicar fenómenos luminosos tales como espectros deem s n y a sorc n e os omos, e e ec o o oe c r co , eefecto compto, etc.

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Rayo de luz: Es una línea en el espacio quemarca la dirección de flu o de ener ía radiante.

Los rayos de luz no interfieren entre si y sonperpendiculares al frente de ondas. ren e e on as: un os e espac o a canza os

por la onda en un tiempo fijo ( se encuentran en la

misma fase de vibración de la erturbación

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Tres principales características:

1. Propagación rectilínea: La luz viaja en línearecta.

2. Reflexión: Cuando la luz incide sobre una

superficie lisa, retorna al medio original.3. Refracción: La trayectoria de la luz cambia

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.


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• INVARIANZA EN LA VELOCIDAD DE LA

una constante universal, c , que esinde endiente del movimiento de la fuente deluz.

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del frente de ondas puedeconsiderarse como foco emisor deondas secundarias. El nuevo frente de

ondas será la envolvente de estasondas.

Principio de Fermat: Para ir de ununto a otro la luz se ro a a or el

camino óptico de tiempo mínimo.34


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La luz siempre viaja con más lentitud en un material que en el vacío, por lo

ue el valor de n en cual uier material ue no sea el vacío siem re es ma or que la unidad.

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Cambio de medio de una Onda EM Al cambiar una onda de medio, su frecuencia no

varía. Varía su longitud de onda y su velocidad.

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Leyes Fundamentales de la Óptica

Propagación rectilínea de la LuzLe de la reflexión

Ley de la refracción

Conservación del plano de incidenciaReversibilidad de la luz

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Ejemplos de Propagación rectilínea de la Luz


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Efectosastronómicos

de luz y sombra

Eclipse de Luna: se produce cuando la Tierra se interpone entre el Sol yla Luna, y su sombra oscurece la Luna. Cuando la Luna entra en elcono e som ra e a erra, se pro uce un ec pse o a e una.


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Efectos astronómicos de luz y sombra


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La cámara oscura: evidencia de

Esquema de una cámara oscura. Atrav s e peque o or co en una elas caras de la cámara, penetra luzprocedente de los objetos,

ro ectando la ima en de estos sobrela cara opuesta.


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.

rayo incidente y la normal a la superficie reflejante.

2.El ángulo de incidencia () es igual al ángulo de reflexión().

=

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Reflexión de la luz


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Reflexión de la luz

Tipos de reflexión

Se llama reflexión especular a lareflexión que ocurre con un ángulo

definido desde una superficie muy lisa(del vocablo latino que significaespe o .

dispersa a partir de una superficieáspera


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LEY DEREFLEXIÓN


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1. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado

es n en e m smo p ano.

Este resultado experimental, se llama ley derefracción o ley de Snell, en honor del científicoholandés Willebrord Snell (1591-1626).

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Trayectoria del rayo

Cuando el rayo incidente pasa de unmedio en el ue se ro a a a ma or

Refractado

velocidad a otro en el que se propaga a

menor velocidad, el rayo refractado seacerca a la normal.

Cuando el rayo incidente pasa de un

velocidad a otro en el que se propagaa mayor velocidad, el rayo refractadose ale a de la normal.

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Cuando la luz pasa de un medio de mayor índice a otro de menor índice(nn), el rayo Refractado se aleja de la normal (). En e límite que elán ulo refractado emer e rasante a la su erficie =90º el án ulo deincidencia recibe el nombre de ángulo límite (rayo 3).

Cuando la luz incide con un án ulo su erior al án ulo límite no se

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produce refracción, sino que es reflejada totalmente volviendo al primer

medio. Este fenómeno se conoce como reflexión total.


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Las trayectorias luminosas son independiente del sentido dela luz que las describe.

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Dis ersión de la luz La dispersión de la luz consiste en la descomposiciónde la luz blanca en diferentes colores, cuando el hazpenetra en un medio.

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¿Por que vemos blancas las nubes?

R. Las nubes son blancas

eficacia la luz solar de todaslas longitudes de onda.

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Los espejismos, son imágenes virtuales invertidas de


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Los espejismos, son imágenes virtuales invertidas deob etos distantes se ven deba o del ob eto or ue losrayos se curvan debido a un incremento del índice derefracción con la altura por encima de la superficie

, , .

Dependiendo de su posición, el observador puede ver elobjeto y su imagen, o solamente la imagen virtual.

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R f ió l t ó f


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Refracción en la atmósfera


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Reflexión total interna


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EJEMPLO EN LA NATURALEZA

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Refracción de la luz: fenómenos


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.

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comportamiento de la luzLos cuerpos se comportan de manera diferente cuando la luz

los ilumina. Según dejen pasar o no la luz estos pueden ser:

Transparentes. Dejan pasar casi totalmente la luz que lesllega. A través de ellos podemos observar los objetos quese encuen ran e r s. emp os: e agua pura y e v r o.

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comportamiento al paso de la luz

Translúcidos. Dejan pasar solo una.

podemos ver con claridad los objetosque están situados detrás de ellos.

de seda.

Opacos. No dejan pasar la luz que lesllega. No podemos ver los objetos quehay detrás de ellos. Ejemplos: madera,metal o mármol.

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El índice de refracción tiene APLICACIONES:

de la Química, como laidentificación de roductos, análisiscuantitativo de soluciones,determinación de la pureza de

mues ras, y son es paradeterminar momentos dipolares,estructuras moleculares esos

moleculares aproximados.

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CARBOHIDRATOS Muy útil para determinar su

concentración.

sacarosa.

Ampliamente usado para aproximar valores para otras solucionesazucaradas.

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onda dieléctrica. Es decir, es un tubo devidrio maciso muy pequeño, en doscapas, n egra a por un n c eo y unrevestimiento.

El principio de operación se basa en losfenómenos de reflexión y refracción de lauz. e u za para ransm r a os y enmedicina para realizar endoscopía.

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Se orienta guía de estudio a

resolver en los subgrupos.

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Bibliografía:•Wilson•

http://www.aitanatp.com/nivel6/luz/propied.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Luz p: acac a.pn c.mec.es ru z con en os. m

http://www.slideshare.net/npnatygomez00/el-ojo-y-los-instrumentos-

opticos

htt ://acacia. ntic.mec.es/ ruiz27/lentes e oss/lentes.htm#2 Teoríaondulatoria

http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/instrumentos_opticos/instumentos_opticos2.pdf

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