C.Básicas: Física: La Luz

Ciencias Básicas Plan Común

LA LUZ
Unidad Nº 12 de Física- Ciencias Básicas Plan Común

TEMAS
1. Composición de la luz
2. Refracción de la luz
3. Descomposición de la luz blanca
4. Refracción de la luz en las lentes divergentes
5. Defectos de la vista
6. Síntesis de la clase

1. Composición de la luz

Teoría ondulatoria

Christian Huygens desarrolló la teoría ondulatoria de la luz. Huygens afirmaba que la luz era una onda muy similar a la del sonido, con ello se podían explicar varios fenómenos que producía la luz, como la reflexión, la refracción y todo lo que se sabía de en aquella época acerca de la luz.

Teoría corpuscular

Newton rechazó el modelo ondulatorio de la luz propuesto por Huygens, pues consideraba que el espacio era un vacío, sin material que pudiera soportar y propagar las vibraciones de la onda de luz.

Newton pensaba que la luz estaba formada por partículas, pues así podían moverse sin problemas por el vacío, siguiendo líneas rectas.

Newton atribuyó a su gran velocidad el hecho de que las partículas de luz no parecían ser afectadas por la gravedad, por esa razón viajaban en línea recta.

La luz proviene de diferentes fuentes luminosas

Las fuentes luminosas pueden ser naturales o artificiales y generalmente además de producir luz, generan calor.

Fuentes naturales, por ejemplo, el sol.

Fuentes Artificiales, por ejemplo, una lámpara, una vela; en general, todo lo que genera luz y ha sido creado por el ser humano, por ejemplo, elementos que emiten luz por fosforescencia y fluorescencia.

La luz y los cuerpos

La luz puede viajar por algunos medios y por otros no. Los medios por donde le resulta “fácil” atravesar se denominan transparentes, por ejemplo, el vidrio. Los medios por donde le resulta un poco más difícil atravesar se denominan translúcidos, por ejemplo, los vidrios ahumados.

Aquellos medios que no puede atravesar la luz se denominan opacos, por ejemplo, un muro de ladrillo.

Además, es importante saber que cuando la luz cambia de medio, también lo hace su velocidad.

Propagación de la luz

Todo rayo luminoso recorre trayectorias rectilíneas en medios transparentes y homogéneos, con distintas velocidades, tal como muestra la tabla.

Rapidez de la luz en distintos medios transparentes
Aire	300.000 km/seg
Agua	226.000 km/seg
Hielo	229.000 km/seg
Vidrio	2000.000/168.000 km/seg
Cuarzo	205.000km/seg
Diamante	124.000 km/seg

Reflexión de la luz

El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado son coplanares.
El ángulo de incidencia es congruente con el ángulo de reflexión.

Existen dos tipos de reflexión: la especular, donde todos los rayos se reflejan en forma ordenada, por ejemplo, el reflejo que se obtiene en un espejo plano.

También tenemos la reflexión difusa, en el cual los rayos se reflejan en forma desordenada, por ejemplo, cuando se mira el paisaje que se refleja en un lago y corre viento, es decir, solamente se ven trozos del paisaje.

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2. Refracción de la luz

Al pasar un rayo de luz de un medio de menor densidad a otro de mayor densidad, el ángulo de refracción es menor que el ángulo de incidencia y viceversa.

La refracción de la luz en la atmósfera

La refracción se aprecia, por ejemplo, cuando miramos la posición de una estrella en el cielo, la verdad es que se encuentra situada en otro lugar. Lo que ocurrió es que la luz se desvió al entrar en la atmósfera, tal como muestra la imagen.

Reflexión total de la luz

Ocurre cuando un haz de luz se refleja totalmente en un mismo medio.

- Este fenómeno ocurre sólo si el haz de luz trata de atravesar de un medio más denso a otro menos denso. Por ejemplo, un haz de luz que está en el agua y trata de pasar al aire.

- Si el ángulo de incidencia llega a un valor límite, se produce una refracción rasante.

- Si el ángulo de incidencia es mayor que el valor límite, el rayo no se refracta, sino que se refleja; la superficie actúa como un espejo plano.
Este es el principio de la fibra óptica.

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3. Descomposición de la luz blanca

La luz blanca está constituida por la superposición de una infinidad de luces de colores. Esto se demostró al hacer pasar la luz por un prisma.

La luz pertenece a un gran espectro llamado electromagnético. En dicho espectro cada uno de los colores presenta en forma distinta, tanto la frecuencia como la longitud de onda.

Absorción de la luz

Al ser iluminados los cuerpos, éstos reflejan algunas longitudes de onda y absorben otras, lo cual hace que percibamos los colores.

El blanco las refleja todas y el negro las absorbe todas.

La absorción produce un aumento de temperatura.

Difracción de la luz

Ocurre cuando la onda luminosa es desviada por efecto de un obstáculo que encuentra en su trayectoria.

Interferencia de la luz

Se refiere a que la luz presente interferencia destructiva (zonas oscuras) y constructiva (zonas brillantes). Esto fue demostrado por el señor Young mediante el experimento que se explica a continuación: la luz que atraviesa dos ranuras muy próximas entre sí se difracta. La pantalla se ilumina donde las ondas luminosas llegan en fase y se ve oscura donde las ondas llegan fuera de fase.

La luz láser

- La luz blanca es incoherente y contiene muchas frecuencias que están fuera de fase.

- La luz de una sola frecuencia también puede estar fuera de fase.

- La luz coherente (láser) tiene todas las ondas de igual frecuencia y en fase. debido a esto es que concentra gran cantidad de energía.

Espejos planos

1. La imagen es virtual (se forma al otro lado del espejo, respecto del objeto), derecha y de igual tamaño.

2. La distancia objeto-espejo y la distancia imagen-espejo es la misma.

Espejos curvos

Para comprender como se ven las imágenes en los espejos curvos, hay que saber cómo se reflejan los haces de luz principales y conocer algunos nombres. C es el centro de una circunferencia (debes pensar que el espejo curvo es una porción de una circunferencia) y F es el foco, que corresponde a la mitad del radio de la circunferencia.

Un rayo luminoso, que incide paralelo al eje principal del espejo, se refleja teniendo como dirección de reflexión el foco.

Un rayo luminoso que pasa por el foco (o se dirige a él) se refleja paralelo al eje óptico.

Un rayo de luz, que luego de pasar por el radio de curvatura (o dirigirse a él) incide en el espejo, se refleja por la misma trayectoria del rayo incidente.

Espejo convexo

Para saber como se verá la imagen en estos espejos, hay que intersectar los haces principales (flechas rojas). Cualquiera sea la posición del objeto frente al espejo, siempre tendrá una imagen virtual, derecha y de menor tamaño.

Espejo cóncavo

La imagen real es aquella que se forma al mismo lado del objeto, respecto al espejo.

Refracción de la luz en las lentes convergentes

Al mirar un objeto a través de un lente convergente, tal como muestra la figura, la imagen que se forma depende de la ubicación de ésta respecto del foco y del centro de curvatura.

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4. Refracción de la luz en las lentes divergentes

Al mirar un objeto a través de un lente divergente, la imagen que se forma será como muestra la figura.

Relación matemática en espejos curvos y lentes delgadas

- La distancia objeto es siempre positiva.
- La distancia imagen es positiva sólo si la imagen es real.
- La distancia focal es positiva sólo si el espejo o la lente es convergente.

Recepción de la luz

El ojo humano tiene una gran capacidad de acomodación que ayuda a enfocar las imágenes justo sobre la retina, debido a cambios de la curvatura del cristalino.