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La luz
- 1. LA LUZ Nicolás MorenoDíaz de la Riva. Esta obra está bajo una licencia Reconocimiento-No comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 España de Creative Commons. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/es/ o envié una carta a Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.
- 2. RAYO Es una líneadibujada en el espacio que corresponde a la dirección del flujo de la energía radiante.
- 4. PROPAGACIÓN RECTILÍNEA DE LA LUZ Las trayectorias de los rayos en los medios homogéneos e isótropos es una línea recta.
- 5. PRINCIPIO DE FERMAT Entre dospuntos la luz sigue la trayectoria donde el camino óptico es mínimo.
- 6. CAMINO ÓPTICO El caminoóptico es el producto de la distancia entre dos puntos por su índice de refracción.
- 7.
- 8. REVERSIBILIDAD Los rayos sepropagan de la misma forma en una dirección que en la dirección contraria.
- 10. Las fuentes delos rayos de luz mas frecuentes pueden ser: 1.Objetos que emiten luz por diferentes razones, las mas normales son saltos entre niveles de traslación, vibración, rotación o electrónicos de átomos moléculas iones u otras especies. 2. En segundo lugar cuerpos en los que inciden los rayos anteriores y los reflejan. Estos cuerpo se llaman objetos reales, si existen realmente o virtuales si no existen y se forman con prolongaciones de rayos reales. De todos estos infinitos rayos que viajan en todas direcciones tendremos en cuenta solo algunos: Para simplificar: Rayos que parten o llegan a un punto 1.Rayo que pasa por el situado en el eje óptico. centro óptico. Entre estos están los que parten 2.Rayos paralelos al eje de la parte inferior del objeto. óptico. Rayos que parten o llegan al 3.Rayos que llegan o extremo superior del objeto real o salen del foco. virtual. Rayos que provienen a van al infinito. En el limite, esta situación produce rayos paralelos.
- 11.
- 12.
- 13. REFLEXIÓN Es el fenómenopor el cual el rayo incidente sigue propagándose por el medio incidente.
- 14. REFLEXIÓN ESPECULAR Es la reflexión que se da en una superficie lisa. La luz se dirige en una dirección.
- 15. REFLEXIÓN DIFUSA Es laque se da en una superficie rugosa. Los rayos se reflejan en todas direcciones.
- 16. LEYES DE LA REFLEXIÓN 1ª) La dirección del rayo incidente la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano. 2ª) El ángulo de incidencia con la normal es igual al ángulo de reflexión.
- 17. Este dibujo noes tridimensional i r
- 18.
- 19. REFRACCIÓN Es el fenómenopor el que la luz cambia de dirección al cambiar de un medio a otro debido al cambio de su velocidad.
- 21. LEYES DE LA RFRACCIÓN 1ª) La dirección del rayo incidente la normal y el rayo refractado están en el mismo plano.
- 22. 2ª) La relaciónentre los senos de los ángulos de incidencia y refracción es igual a la relación de las velocidades entre los dos medios.
- 23.
- 24. INDICE DE REFRACIÓN Es la relación entre la velocidad de la luz e el vacío y en el medio.
- 25. c n= v
- 26. ÁNGULO LÍMITE Es elángulo para el cual el ángulo de refracción es 90º.
- 27. ÁNGULO DE BREWSTER Es el ángulo para el cual el ángulo de incidencia y de refracción forman 90º.
- 28. DISPERSIÓN Es la separaciónde un rayo de luz en sus componentes debido al diferente índice de refracción de cada uno de ellos.
- 29. INTERFERENCIAS LUMINOSAS Es la coincidencia de dos o mas fenómenos ondulatorios en un mismo punto.
- 30. DIFRACCIÓN Es el cambiode dirección de propagación que sufre una onda sin cambiar de medio debido a un obstáculo en su camino.
- 31. POLARIZACIÓN Es el fenómenopor el cual la luz vibra en un plano llamado plano de polarización.
- 32. ÓPTICA PARAXIAL Esaquella en la cual el tamaño del objeto es muy pequeño en relación con el espacio objeto por lo que los rayos que salen de el son paralelos al eje óptico y los ángulos que forman los rayos con dicho eje son muy pequeños. El seno se considera igual al ángulo.
- 33. APLICACIONES PRÁCTICA EN LASQUE SE USAN LAS PROPIEDADES DE LOS FENOMENOS LUMINOSOS
- 34. PUNTO OBJETO (O) Unobjeto O emite rayos luminosos.
- 35. LOS OBJETOS SE REPRESENTAN COMOVECTORES LOS RAYOS SE DIBUJAN SALIENDO DE LOS EXTREMOS DEL OBJETO
- 36. LOS OBJETOS SE ENCUENTRAN EN EL EJE ÓPTICO EL EJE ÓPTICO SUELE SER LA HORIZONTAL Y EL OBJETO SE ENCUENTRA EN LA VERTICAL.
- 37. CENTRO ÓPTICO Es el punto donde se cortan el eje óptico y el eje del dispositivo, lente, espejo….
- 38. SI EN ELCAMINO DE LOS RAYOS EMITIDOS POR UN OBJETO SE PONE UN VIDRIO
- 40. RAYOS CONVERGENTES SON LOS QUESALEN DEL SISTEMA ÓPTICO Y CORTAN AL EJE ÓPTICO.
- 41. O O´
- 42. RAYOS DIVERGENTES SI LOSRAYOS LLEGAN AL SISTEMA ÓPTICO Y SE ALEJAN HACIA EL INFINITO SE LLAMAN DIVERGENTES.
- 43. O O´
- 44. PUNTO IMAGEN (O´) Cuandoestos rayos se encuentran ante un sistema óptico puede suceder que después de reflejarse o refractarse converjan en otro punto O´ a este se le llama punto imagen.
- 45. O O´
- 46. OBJETO E IMAGEN REAL Es aquel en el que los rayos salen de O y se cortan realmente en O´
- 47. OBJETO E IMAGEN VIRTUAL Si los rayos salen divergentes y se pero se cortan sus prolongaciones en sentido contrario se dice que la imagen es virtual.
- 48. O O´
- 49. ESPACIO OBJETO (s) Es el espacio geométrico donde puede haber objetos tanto reales como virtuales. El plano que contiene al objeto se llama plano objeto.
- 50. ESPACIO IMAGEN (s ´) Es el espacio geométrico donde existen imágenes tanto reales como virtuales.
- 51. Se considera quelos rayos son positivos si van de izquierda a derecha por tanto el espacio objeto es positivo si está a la izquierda y negativo si esta a la derecha.
- 52. + - Espacio Espacio objeto imagen
- 53. PUNTOS CONJUGADOS El objeto yla imagen son puntos conjugados.
- 54. O O´
- 55. FOCO IMAGEN Es elpunto donde se forma la imagen si los rayos paralelos provienen del infinito.
- 56.
- 57. FOCO OBJETO Es elpunto desde donde salen rayos que al pasar por el sistema salen paralelos de el.
- 58.
- 59. AUMENTO DE UN SISTEMA Esla relación entre el tamaño del objeto y el tamaño de la imagen.
- 60. y y´ O O´ S S´ ´
- 61. y´ s´ A==− y s
- 62. ESTIGMATISMO DE UN SISTEMA Un sistema se llama estigmático si todos los rayos que salen de O pasan real o virtualmente por O´ después de atravesar el sistema.
- 63.
- 64. Una imagen seforma donde so cortan los rayos. Para formar imágenes hemos de tener en cuenta solo tres rayos y las siguientes reglas:
- 65. LOS RAYOS QUE PASANPOR EL EJE OPTICO NO SE DESVÍAN
- 67. LOS RAYOS QUELLEGAN PARALELOS AL SISTEMA CONVERGEN EN EL FOCO
- 69. Los rayos cuyas prolongacionesconvergen en el foco salen paralelos del sistema
- 71. Los rayos queinciden paralelos entre sí aunque no paralelos con el eje x se cortan en un punto del plano focal.
- 73. ALGUNOS SISTEMAS PARANIVEL DE 2º DE BACHILLERATO. Foco puntual que emite luz. Película finísima, interface. Lámina de caras plano paralelas. Esfera. Espejo. Lente delgada. Prisma. Varias lentes delgadas.
- 74. LA ESFERA COMO SUPERFICIE ÓPTICA Cuando un rayo incide sobre una superficie esférica de índice de refracción n y de radio R se refracta dando una imagen a una distancia diferente de la distancia objeto la relación entre ellas.
- 75. n1 n2 R so Si
- 76. n2 n1 n2− n1 − = so si R
- 77. ESPEJOS Son sistemas ópticosque reflejan toda la luz que llega a ellos. Pueden ser planos o esféricos cóncavos o convexos.
- 80.
- 81. f O O´ S S´
- 82. 1 1 1 + = s´ s f
- 83.
- 84. Una lente seconsidera como un sistema óptico formado por dos superficies. Las dos superficies suelen aproximarse a superficies esféricas pero una de ellas puede ser plana o de otro tipo.
- 85. FÓRMULA DE LAS LENTESDELGADAS
- 86. 1 1 1 1 + = (nl − 1)( − ) so si R1 R2
- 87. 1 1 1 = + f so si
- 88. MODELO CRPUSCULAR D E LA LUZ La fuente luminosa emite partículas llamadas fotones cuya energía es h ν y viajan a la velocidad de la luz.
- 89. MODELO ONDULATORIO El modelo ondulatorio considera a la luz como una serie de ondas esféricas cuyos frentes de onda son superficies esféricas concéntricas con centro en el punto donde se origina la perturbación.
- 90. TEORÍA ELECTROMAGNÉ- TICA La luz visible y otra como la infrarroja son una perturbación electromagnética que se propaga en forma de ondas.
- 91. PROPAGACIÓN DEL CAMPO ELECTROMAGNÉ- TICO ENEL VACÍO Albert Einstein
- 92. enunció en 1905que la luz se propaga en el espacio vacío siempre con velocidad c la cual es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor, las ondas electromagnéticas se pueden propagar sin necesidad de un medio que las sustente.
- 93.
- 94. Se basa enun circuito LC El condensador cargado entre sus armaduras existe un campo eléctrico que almacena la energía que se suministró para separar las cargas entre las armaduras.
- 95. Cuando se cierrael interruptor el condensador comienza a descargarse. Al circular la corriente eléctrica por la autoinducción se crea un campo magnético en la autoinducción y se almacena en ella energía en forma de energía magnética.
- 96. A continuación lacorriente comienza a disminuir y el condensador se carga en sentido contrario. En el condensador y en la bobina se producen campos eléctricos y magnéticos variables pasando por valores máximos y cambiando la polaridad.
- 97. La energía electrostáticadel condensador y la electromagnética permanecen constantes.
- 98. 2 1Q 1 2 ET = + LI = K 2 C 2
- 99. w 1 γ= = 2π 2π LC
- 100. Este sistema emiteenergía en forma de ondas electromagnéticas que son esféricas y tienen la misma frecuencia que la de oscilación del circuito.
- 101. Una radiación electromagnéticaes un movimiento ondulatorio caracterizado por ondas transversales en las que la propagación de los campos E y B son siempre perpendiculares entre si y ambos a la vez lo son a la dirección de la onda.
- 102. COHERENCIA La diferencia defase entre dos ondas debe ser constante para cada punto del espacio independientemente del tiempo.
- 103. RESUMEN i=r Rayos paralelos aleje óptico. n1seni=n2sent i=r Rayo que pasa por el c centro óptico. n= v y´ s´ 1 1 1 A= =− = + y s f so si
Notas del editor
- #3 El rayo se dibuja con una flecha que indica su dirección se parece a un vector pero no se dibuja el punto de aplicación. Es útil considerar que es de longitud infinita. El rayo se sitúa en un sistema de referencia x-y. El eje x se llama eje óptico. La intersección de x e y o punto (0,0) en un sistema de referencia cartesiano se puede llamar centro óptico. Al contrario que en los demas sistemas de referencia normales en el bachillerato la parte positiva es la izquierda y la negativa la derecha.
- #4 Si encontramos un rayo que no tiene longitud infinita lo prolongaremos para que así sea. Esta prolongación la llamaremos virtual para diferenciarla de la parte real. En su camino el rayo real o virtual puede encontrarse obstáculos pasando o no pasando por ellos. Si pasa tendremos los fenómenos de refracción, difracción, dispersión….si no pasa reflexión, absorción… si se encuentra con otros rayos, interferencia y difracción. La difracción se produce cuando el rayo obedece al principio de Hyggens, dependiendo de si se encuentra con un obstáculo materia o con otro rayo.
- #5 Por motivos de razonamiento posterior, la luz la consideramos que se propaga rectilíneamente desde – infinito a + infinito. El hecho de que un conjunto de rayos provenga o llegue al infinito da lugar en el límite (idealización matemática) a que estos rayos sean paralelos.
- #9 La reversibilidad es una propiedad que aplicaremos para razonar con rayos. Siempre podemos visualizar una situación cambiando la dirección de los rayos. Muchas veces se simplifica el problema pues nos recuerda una situación similar.
- #10 Si encontramos un conjunto de rayos que inciden en un punto, para razonar dará igual que incidan o que salgan. Por este motivo, el foco imagen se puede considerar el punto que emite rayos que salen paralelos del sistema.
- #11 Las fuentes de emisión o absorción de rayos se llaman objetos y pueden ser puntuales y s erepresentn por un punto o no puntuales y se representan por un vector ( o una flecha) perpendicular al eje óptico. Si nos encontramos un problema y tenemos que hacer un dibujo, en este curso de 2º de bachillerato de adultos, solo consideraremos: rayos paralelos al eje óptico, rayo que pasa por el centro óptico y rayos que inciden o salen del foco. Si dan un objeto, puntual o no, tenemos que aprender a dibujar esos rayos.
- #12 A lo largo de la historia de la humanidad muchos hombres con paciencia han observado la naturaleza y por ello han descubierto fenómenos. Estos fenómenos son realidades de hecho… Datos…. Estos fenómenos son susceptibles de diferentes interpretaciones. Aquí vamos a exponer fenomenos luminosos que es preciso entender bien no preocupándose demasiado de su interpretación.
- #14 Un medio es, por ejemplo, el aire, otro el vidrio, otro el agua, el aceite …etc. La luz viaja por ellos con velocidad máxima de 300 000 km/s en el vacio. En otros medios disminuye su velocidad. ¿Por qué razón?. Por ahora no nos interesa. Parece como si a la luz le costara mas pasar por un medio que por otro, como a un nadador le cuesta mas nadar por agua salada a pesar de que flota mejor. Da la impresión de que existe una especie de densidad del medio que esta relacionada con el índice de refracción de este. Parece además que la luz actua en la reflexión como si algo rebotara.
- #18 Se usa la letra i para el ángulo de incidencia y r para el de reflexión en la refracción que empieza por r no se usa r sino t es decir t es ángulo del rayo transmitido.
- #21 A veces se usa la expresión medio mas denso el que tiene un mayor índice de refraccion y menos denso para el que tiene menor índice de refracción.
- #26 Desde Einstein a principios del siglo pasado sabemos que c es la máxima velocidad posible de ahí se deduce que en índice de refracción es siempre mayor que 1.
- #30 La luz se puede considerar una onda electromagnética por lo cual los campos eléctricos y magnéticos se pueden superponer(se suman o restan los vectores campo) como s superponían los mas en las ondas. Esto es la interferencia. El tratamiento matemático es realmente lo difícil aquí.
- #31 La difracción se entiende mas fácilmente si se entiende el principio de Hyggens.
- #32 Como en toda onda, existe una vibración si es armónica es un mas. La luz no es material, no existe partícula vibrante. Lo que vibra es el vector campo, que tampoco es material sino la representación que nosotros hacemos de una propiedad del espacio tiempo. Los vectores campo eléctrico y magnetico d ela luz( mutuamente perpendiculares) vibran en infinitos planos polarizar la luz es conseguir que vibren en un plano.
- #33 Si consideramos que los rayos parten del infinito y llegan al infinito, siempre podremos tener un sistema paraxial.
- #35 El punto objeto se asemeja a un proyector o cañón luminoso que se ha empequeñecido a un punto pero que sigue emitiendo la misma luz. Además esta en el suelo.
- #36 El vector esta apoyado en el eje óptico (suelo) perpendicularmente. Podría ser una persona, un árbol….etc. En cualquier caso, por motivos prácticos, la persona solo emite rayos por la cabeza y por los pies. No nos importa como consigue emitirlos solo que los emite.
- #37 La persona emite infinitos rayos pero solo se consideran unos pocos: el paralelo al eje óptico que sale de su cabeza. El que pasa por el centro óptico que sale de su cabeza y quizás alguno que salga de sus pies. En algunos textos se llama centro óptico el punto donde se corta el eje óptico y el plano del sistema.
- #39 El rayo entra en un medio diferente ( diferente índice de refracción) Experimenta el fenómeno de la difracción y se dobla pero sale rapidamnte otra vez al aire.
- #41 Por algún motivo parece que el sistema que ponemos delante del rayo consigue desviarlo hacia abajo( de alguna manera frenarlo. Parece como si el cambio de medio opusiera algún tipo de resistencia…. como si el nuevo medio tuviera mas densidad y le costara mas viajar por el por lo que acaba cayendo.
- #43 Si hemos considerado que los raros son rectos e infinitos existe una contradicción en los rayos considerados al cambiar de medio pues todos se doblan. Para salvarla los prolongamos y los hacemos infinitos. Esta prolongación es una “prótesis” virtual. Toodo lo que razonemos será virtual. No existe realmente sino en nuestra mente.
- #73 Si los yayo fueran paralelos al eje óptico incidirían todos en el foco que esta en el mismo eje optico. Si son paralelos entre si pero no al eje óptico inciden en un punto del plano focal
- #79 El fenómeno que se da en los espejos es la reflexión. Todo lo que en ellos ocurre se deduce de las leyes de la reflexión. El objetivo del alumno es deducitr todo sobre los espejos a partir de i = r.
- #82 La imagen es virtual y derecha. Dependiendo del espejo puede aumentar o disminuir.