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Dr.PeterIzaProfesordelInstitutodeCienciasFsicas

ESCUELASUPERIORPOLITCNICADELLITORAL

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La luz es una onda electromagnticatransversal que puede ser vista por el

ojo humano.

Se puede imaginar a la luz como unaonda que viaja a travs del espacio delmismo modo que las olas marinas viajana travs del ocano.

NATURALEZADELALUZ

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Teora CorpuscularEsta teora se debe a

Newton (1642-1726).La luz est compuesta pordiminutas partculasmateriales emitidas a

gran velocidad en lnearecta por cuerposluminosos.

http://images.google.cl/imgres?imgurl=http://www.biografiasyvidas.com/biografia/n/fotos/newton.jpg&imgrefurl=http://www.biografiasyvidas.com/biografia/n/newton.htm&h=307&w=340&sz=9&hl=es&start=2&um=1&tbnid=8O3YUuGtC9rDyM:&tbnh=107&tbnw=119&prev=/images?q=newton&um=1&hl=es

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La teora de Newton se fundamenta en:

Propagacin rectilnea. La luz se propaga en lnea rectaporque los corpsculos que la forman se mueven a granvelocidad. La direccin de propagacin de estas

partculas recibe el nombre de rayo luminoso.

Reflexin. Newton explicaba este fenmeno diciendo

que las partculas luminosas son perfectamente elsticasy por tanto la reflexin cumple las leyes del choqueelstico.

Refraccin. El hecho de que la luz cambie la velocidad enmedios de distinta densidad, cambiando la direccin depropagacin.

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Teora Ondulatoria Cristian Huygens (1629-1695).

La luz se propaga mediante

ondas mecnicas emitidas por unfoco luminoso.

La luz para propagarse

necesitaba un medio material degran elasticidad, impalpable quetodo lo llena, incluyendo el vaco.A este medio se le llam ter.

La energa luminosa no estconcentrada en cada partcula,como en la teora corpuscularsino que est repartida por todo

el frente de onda.

http://images.google.cl/imgres?imgurl=http://www.chihuahuaenorbita.org/CBA2003II/chuygens1.jpg&imgrefurl=http://www.chihuahuaenorbita.org/CBA2003II/huygenschristian-jmgl.html&h=400&w=287&sz=25&hl=es&start=7&um=1&tbnid=bFNDY5T-MXGLvM:&tbnh=124&tbnw=89&prev=/images?q=Christian+Huygens+&um=1&hl=es

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La teora ondulatoria explica perfectamente losfenmenos luminosos mediante una construccingeomtrica llamada Principio de Huygens.

En 1801 el ingls T. Young dio un gran impulso ala teora ondulatoria explicando el fenmeno delas interferencias y midiendo las longitudes de

onda correspondientes a los distintos coloresdel espectro.

La teora corpuscular era inadecuada paraexplicar el hecho de que dos rayos luminosos,al incidir en un punto pudieran originar

oscuridad.

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ResumenNewton afirm que la luz se comportabacomo un chorro de pequeas partculas

viajando en lnea recta por el espacio y quese reflejaba en los espejos.

A principios del siglo XIX, Young y Fresnelpropusieron una teora alternativa, la luz esuna onda: puede dar vuelta a las esquinas orodear obstculos.

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Dualidad onda-partcula

La investigacin sobre la naturaleza de laluz an contina, pero los experimentosmuestran que algunas veces se comporta

como partculas y otras como ondas.

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FUENTES

La luz puede ser producidade dos formas

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FUENTES

Incandescencia. Es la emisin de luz producidapor materiales calientes (t> 800K).Una sustancia que alcanza cierta temperatura,emite una radiacin luminosa.

Los filamentos de wolframio de las lmparasincandescentes emiten luz al pasar una

corriente elctrica por ellos y provocar sucalentamiento.El sol y las dems estrellas del universo emiten

luz por incandescencia.

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FUENTESLuminiscencia. Es la emisin de luz que seproduce cuando electrones ubicados en

orbitales con altos niveles energticos dentrodel tomo, regresan a orbitales con bajosniveles de energa.

El excedente de energa produce fotonesluminosos que son detectados por el ojo humano.

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VELOCIDAD DE LA LUZDurante muchas centurias, los cientficoshan intentado medir la velocidad de la luz, no

ha sido una tarea fcil, puesto que viaja tanrpido que puede recorrer grandesdistancias de modo casi instantneo.

Muchos que lo han intentado, fracasaron,pero con cada intento, la ciencia aprendecada vez ms acerca de nuevos medios paralograrlo.

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VELOCIDAD DE LA LUZGalileo Galilei dise su propio experimento:Portando una lmpara se subi a la cima de un cerro ypidi a un asistente que permaneciera con otralmpara a una determinada distancia de l. Tanpronto Galileo encendi la lmpara, el asistente hizolo propio, y Galileo midi el intervalo de tiempo entre

una y otra accin para y as calcular la velocidad de laluz.

El pequesimo intervalo de tiempo obtenido, leimpidi lograr una medicin precisa y confiable, sinembargo muri con la certeza de que otros

cientficos disearan novedosos experimentos paralograr el objetivo.

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Aqurapidezsepropagalaluz?Sepuedemedir?

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Larapidezdelaluz:unaconstantefundamentaldelafsica

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VELOCIDAD DE LA LUZHasta ahora, se sabe lo siguiente:La velocidad de la luz en el vaco es unaconstante universal en cualquier marco dereferencia.

La velocidad de la luz en el vaco se ha fijadoen 299,792,458 metros por segundo.La velocidad de la luz depende del medio

(slido, lquido, gas, plasma) en el que viaja, ysta ser siempre inferior a la velocidad de laluz en el vaco.

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CATACTERISTICAS DE LA LUZ

La amplitud de una onda luminosa est relacionada con la

intensidad. La intensidad de las ondas luminosas tienenrelacin con su densidad de potencia. La luminosidad es laintensidad relativa tal como la percibe el ojo humano.

La longitud de onda de una onda luminosa es inversamenteproporcional a su frecuencia.

La frecuencia (y consecuentemente la longitud de onda) de

una onda luminosa est relacionada con el color.

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CATACTERISTICAS DE LA LUZLa luz est compuesta por diferenteslongitudes de onda y cada una de ellas sepercibe como un color diferente, de modoque, longitudes de onda muy grandes seperciben como luz roja, mientras quelongitudes de onda muy pequeas se ven comoluz violeta, en medio de las cuales se

encuentran el naranja, amarillo, verde, azul endigo.

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CATACTERISTICAS DE LA LUZLa luz monocromtica tiene una solafrecuencia. El lser es luz monocromtica.La luz tambin se llama luz visible encontraste con la "luz ultravioleta" y la "luzinfraroja".Casi todas las fuentes de luz sonpolicromticas.

La luz blanca es una combinacin de muchaslongitudes de onda. La luz blanca espolicromtica.

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Un espectro continuo es aqul en que cadafrecuencia est presente dentro de unrango.Un espectro discreto es aqul en el cual seencuentran presentes un conjunto definidode frecuencias aisladas.

El grfico que relaciona la intensidad relativaversus la frecuencia es llamado espectro.

CATACTERISTICAS DE LA LUZ

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Clasificacin de los fenmenos pticosSegn las propiedades conocidas de la luz, que semanifiestan en los diversos experimentos, la

ptica (parte de la fsica que estudia lorelacionado con la luz) puede clasificarse en:

PTICA

GEOMTRICA

FSICA

CUNTICA

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OPTICA

GEOMTRICA

REFLEXIN

REFRACCIN

DISPERSIN

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OPTICAFSICA

INTERFERENCIA

POLARIZACINDIFRACCIN

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OPTICACUNTICA

EFECTO COMPTON

EFECTO FOTOELCTRICO

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ONDAS , FRENTE DE

ONDA Y RAYOSFrente de onda: Es el conjuntode puntos donde la onda tiene lamisma fase.Rayo: Es perpendicular al

frente de onda e indica ladireccin de propagacin.Principio de Huygens: Cada

punto del frente de ondafunciona como un nuevo emisorde ondas esfricas. El nuevo

frente de onda es la envolventede todas ellas.

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REFLEXIONYREFRACCION

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REFLEXION Y REFRACCION

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REFLEXIONY

REFRACCION

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Cuando un rayo de luz que viaja en un medioencuentra una frontera con un segundo medio,

se refleja total o parcialmente. Si la superficie es lisa y pulida Reflexin

especular En caso contrario Reflexin difusa

Tipos de Reflexin

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Tipos de Reflexin

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ndice de refaccin El ndice de refraccin n de un material

ptico se define como el cociente entrela velocidad de la luz en el vaco (c) conla velocidad de la luz en el medio:

c, velocidad de la luz en el vaco

v, velocidad de la luz en el mediovcn =

nagua=1.33; nvidrio=1.5; ndiamante=2.4n1

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La frecuencia f de la onda no cambia cuandopasa de un material a otro.La longitud de onda de la onda es diferente endistintos materiales .En cualquier material se cumple que:

Aspectos ondulatorios de la luz

n

0 =

fv =

Donde 0

es la longitudde onda en el vaco

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Leyes de la reflexin y refraccin

Los rayos incidente,

reflejado y refractadoy la normal estncontenidos en el planode incidencia

Ley de la reflexin

Ley de la refraccin2211 sensen nn =

Ley de Snell

n1

n2

aire

vidrio

Refraccin y reflexin en tres casos

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Refraccin y reflexin en tres casos

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Estrategiapara resolver

problemas IDENTIFICAR: conceptosrelevantes PLANTEAR: el problema EJECUTAR: la solucin EVALUAR: la respuesta.

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Si el haz (1) es el haz incidente en lafigura, cules de las otras cuatro lneas

son haces reflejados?a) 2 y 4

b) 3 y 5c) 2 y 5

d) 3 y 4

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Aplicando la ley de Snell, se tiene que:n1 sen 1= n2 sen 21 sen 30 = n2 sen 19

n2 = 1,535 Para determinar la rapidez de la luz en ese medioaplicamos la ecuacin n = c/v.

1,535 = 300.000 / vV = 195.439,7 km/s

Se hizo pasar luz por un material desconocido.La luz que inicialmente se propagaba en el aireincidi con un ngulo de 30 y se refract conngulo de 19. Determinar:a) ndice de refraccin del materialb) Rapidez de propagacin de la luz en esemedio

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El material a es agua y el material b es vidrio. Si

el rayo incidente forma un ngulo de 60 con lanormal, determine las direcciones de los rayosreflejado y refractado.

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Dos espejos planos se intersecan en ngulos

rectos. Un rayo lser incide en el primero deellos en un punto situado a 11.5 cm de lainterseccin. Para que ngulo de incidencia en el

primer espejo el rayo incidir en el punto mediodel segundo (que mide 28.0 cm) despus dereflejarse en el primer espejo?

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El ndice de refraccin

A)Siempre es mayor o igual que 1B)Es adimensional

C)Es inversamente proporcional a lavelocidad de la luz en un medio

D)A y C son correctasE)A, B y C son correctas

Tres espejos planos se intersecan en n ulos

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Tres espejos planos se intersecan en ngulosrectos. Un haz de luz lser incide en el primero

de ellos con un ngulo con respecto a la normal.a) Demuestre que cuando este rayo se refleja enlos otros dos espejos y cruza el rayo original, elngulo entre los dos rayos ser =1802. b)Para qu ngulo los rayos sernperpendiculares cuando se crucen?

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Demuestre que un rayo de luz reflejado desde

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Demuestre que un rayo de luz reflejado desdeun espejo plano gira un ngulo de 2 cuando el

espejo gira un ngulo en torno un ejeperpendicular al plano de incidencia.

Si el interfaz agua vidrio estuviera inclinada

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Si el interfaz agua-vidrio estuviera inclinada15 sobre la horizontal, con el lado derecho

ms alto que el izquierdo, cul sera elngulo con respecto a la vertical queformara el rayo en el vidrio? (El rayo en elagua todava tiene el ngulo de 60 conrespecto a la vertical)

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REFLEXIN TOTAL INTERNA Cuando un haz luminoso incide de un medio de ndicen1 a otro con ndice n2 tal que n1> n2 el rayo

refractado se aleja de la normal. Si el ngulo de incidencia aumenta, tambin lo hace

el de refraccin, de modo tal que debe cumplirse laley de Snell, es decir:

n1sen

1= n2 sen

2

3

4

1

2

Reflexin interna total

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Reflexin interna total

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Reflexin total interna

a b c

de f

4% 6% 25%

38% 100% 100%

i=c r=c i>c r=c

REFLEXIN TOT L INTERN

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REFLEXIN TOTAL INTERNA La situacin se hace crtica cuando el ngulo deincidencia es tal que el ngulo de refraccin es

90. En la figura, cri representa el ngulo crticopara dos medios cualesquiera. Aplicando la ley

de Snell es fcil demostrar que el ngulo

crtico para un par de medio es:

cri = sen-1(n2 / n1)

n2

n1

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Fibraptica

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Tubo de luz. Entra luz a un tubo slido hecho de

plstico con un ndice de refraccin de 1.60. La luz viajaen forma paralela a la parte superior del tubo. Se deseacortar la cara AB de manera que toda la luz se refleje deregreso hacia el tubo despus de que incide por primeravez en esa cara. a) Cul es el valor mximo de si eltubo est en el aire? b) Si el tubo se sumerge en agua,cuyo ndice de refraccin es de 1.33, cul es el mximo

valor que puede tener ?

Di i

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Dispersin

La dependencia de larapidez de onda y del

ndice de refaccin conrespecto a la longitudde onda se llama

dispersinn

0 =

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ARCO IRIS

ARCO IRIS

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ARCO IRIS

ARCO IRIS

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ARCO IRIS

Principi de Hu ens

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Principio de Huygens Cada punto del frente de onda funciona como

un nuevo emisor de ondas esfricas. El nuevofrente de onda es la envolvente de todas ellas.

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Cuando un rayo de luz viaja entre dospuntos cualesquiera, su trayectoria esaquella que necesita el menor tiempo.

Principio de Fermat

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Cuando un rayo de luz viaja entre dos puntos cualesquiera, su trayectoria esaquella que necesita el menor tiempo.

2

22

1

22

2

2

1

1

/

)(

/ nc

xdb

nc

xa

v

r

v

r

t

+

+

+

=+=

( ) ( )222221 )( xdbdx

d

c

nxa

dx

d

c

n

dx

dt+++=

22

2

22

1

)(

)1)((2

2

12

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1

xdb

xd

c

n

xa

x

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n

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dt

+

+

+

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0)(

)(

22

2

22

1 =+

+=

xdbc

xdn

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xn

dx

dt

Principio de Fermat

P i i i d F m t

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222

221

)()(xdb

xdnxa

xn+

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)(

xdb

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sen +

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221

xa

x

sen +=

2211 sennsenn =

Principio de Fermat