optica12_BIOLOGIA
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La Luz
Naturaleza de la luz
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I ntroduciendo la luzRayos de luz
- Se reciben y no se emiten por los ojos
- Viajan en lnea recta
- No necesitan un medio para propagarse
- Se disipan al atravesar un medio
- Existen medios en los que no hay
propagacin- Partculas u ondas?
Fuentes de luz: objetos a altas temperaturas,tomos excitados
fuente puntual (a)fuente extensa (b) (cada punto es un emisor)
fuentes directas (reflectores, lsers)
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Ques la luz?
Newton: la luz es un haz de partculas
Huygens: La luz es una onda
Debido a la gran fama de Newton su modelo de
partculas se acepta hasta el siglo XVIII
No se poda aceptar que una onda viajase en le
vaco --> Qu es lo que vibra?
En el s. XIX se acepta el modelo ondulatorio S. XX: La luz tiene propiedades de onda y
partcula
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Dualidad Onda-Partcula
Ondas
Continuo, no local
Longitud de onda
Frecuencia
Difraccin-
interferencia
Ecuaciones de
Maxwell
Partculas
Discreto, localizado
Energa
Momento
Efecto Compton
Contador (geiger)
Mecnica de Newton
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Velocidad de la luzSe consider que tena velocidad infinita
Para medir la velocidad de la luz necesitamos:
- fuentes potentes- largas distancias
- medir intervalos de tiempo pequeos
Aproximacin Hippolyte Fizeau (1849)
Velocidad en el vaco: 299,792,458 m/s (~ 3x108m/s)
La velocidad es menor en otros medios
La velocidad de la luz en el vaco es una constante universal: nodepende de la velocidad relativa de la fuente y el observador->relatividad especial de Einstein
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Espectros atmicos
El modelo de Bohr explica la existencia de espectros
Se deben a la excitacin del electrn y a la vuelta a su
nivel fundamental
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Propagacin de la luz:
Frente de ondas: Puntos del espacio
alcanzados por la onda en un tiempo fijo ( se
encuentran en la misma fase de vibracin de
la perturbacin)
Rayo luminoso: marca la direccin de
propagacin de la onda y es perpendicular al
frente de ondas.
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Propagacin de la luz: Huygens y
Fermat
Principio de Huygens: Cada punto del
frente de ondas puede considerarse como
foco emisor de ondas secundarias. El nuevofrente de ondas ser la envolvente de estas
ondas.
Principio de Fermat: Para ir de un punto aotro la luz se propaga por el camino ptico
de tiempo mnimo
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Reflexin La reflexin de la luz se puede explicar en un
modelo de partculas
Una partcula que choca elsticamente con
una pared se refleja -
Las ondas tambin se reflejan
- ngulo de reflexin=ngulo de incidencia
La reflexin de la luz
nos indica su naturaleza
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Reflexin de la luz
Algunas cosas son visibles porque son fuentes de luz
Otras, reflejan la luz
Reflexin en superficies rugosas: reflexin difusa
Reflexin en superfices suaves: reflexin especular
Es independiente del color ( frecuencia)
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Reflexin de la luz: leyes
1.El ngulo de reflexin es igual al de
incidencia
2. El rayo reflejado, la normal y el incidente
estn en el mismo plano
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Refraccin Refraccin segn Newton:
- Las partculas experimentan una fuerzadirigida hacia el material
- La fuerza perpendicular hace acercarse alas partculas hacia la normal
- predice una relacin entre l ngulo de
refraccin y el de incidencia Refraccin como ondas:
- La frecuencia es la misma en los dosmateriales
- La velocidad de la onda es diferente enlos dos materiales v=c/n
- Cambia la longitud de ondas
- Existe una relacin entre el ngulo deincidencia y el de refraccin:
2211 )sin()sin( nn
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ndice de Refraccin
Cuando la luz pasa de un material aotro cambia de direccin: refraccin
Depende de las propiedades pticas
de los dos medios --> caracterizadaspor su ndice de refraccin: n
n es un nmero: n=1 para el vaco,n=1.33 agua, n=2.42 diamante,
n=1.5-1.9 vdrio . El ndice de refraccin define lavelocidad de la luz en el mediov=c/n
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Las leyes de la refraccin de Snell
Si la luz viaja del material 1 con ndice derefraccin n1 al material 2 con ndice de
refraccin n2 , las siguientes leyes determinan la
direccin del rayo refractado:
2211 )sin()sin( nn
11
2
El rayo incidente, la
normal al punto de
incidencia y el rayo
refractado estn todos en el
mismo plano
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Reflexin interna total
En la superficie de contacto de dosmateriales aparecen la reflexin y la
refraccin
Bajo ciertas condiciones no hay
refraccin --> La reflexin es total! Sucede cuando la luz pasa a un medio
con un ndice de refraccin menor y
el ngulo de incidencia es mayor que
un cierto ngulo crtico1
2
1
2
1
2
sin n
n
c
0
21 90,12
cnn
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Ejemplos de ref lexin total Refraccin Atmosfrica
- La atmsfera est hecha con capas de
diferente densidad y temperatura
-->Tienen diferente ndice de refraccin
--> la luz se refracta
- distorsin de la forma de la
Luna o el Sol en el horizonte
- Posicin aparente de las
estrellas diferente de la real
- Si la luz va de capas de ndice de
refraccin mayor a ndice de refraccin
menor --> reflexin total: espejismos
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Reflexin total: f ibra ptica
Guas de luz: son fibras pticas usadas en
comunicacin, medicina, ciencia, decoracin,
fotografa.
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Dispersin
El ndice de refraccin de unmedio depende de la
frecuencia del rayo de luz
La luz violeta se refracta ms
que la roja ....
Se puede descomponer la luzblanca en sus componentes:
prismas, arco irs
rojoviol nn
.
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Conclusiones I
El cielo es azul porque las molculas
de aire dispersan ( absorben y emiten)las longitudes de onda cortas ( azulesy violetas).
En el horizonte se ve ms blancodebido a que parte de la luz azul se haido en otras direcciones.
El sol se observa amarillo porque laatmsfera ha dispersado los azules yvioletas.
En el espacio exterior, sin atmsfera,el cielo es negro ( no hay dispersin)y el sol es blanco ( se ven todas laslongitudes de onda)
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Conclusiones I I
Al atardecer o al amanecerla luz del sol debe hacer unlargo recorrido a travs de la
atmsfera hasta llegar anuestros ojosgran partede la luz azul e inclusoverde se refleja y sedispersaquedan los tonosnaranjas y rojos. Puedendarse otras tonalidades si enel aire hay molculas deagua o polvo.
