La Luz

La Luz
Naturaleza de la luz

Introduciendo la luz

Rayos de luz - Se reciben y no se emiten por los ojos - Viajan en línea recta - No necesitan un medio para propagarse - Se disipan al atravesar un medio - Existen medios en los que no hay propagación - ¿Partículas u ondas?

Fuentes de luz: objetos a altas temperaturas, átomos excitados fuente puntual (a) fuente extensa (b) (cada punto esun emisor) fuentes directas (reflectores, lásers)

¿Qué es la luz?
• Newton: la luz es un haz de partículas • Huygens: La luz es una onda • Debido a la gran fama de Newton su modelo de partículas se acepta hasta el siglo XVIII • No se podía aceptar que una onda viajase en le vacío --> ¿Qué es lo que vibra? • En el s. XIX se acepta el modelo ondulatorio • S. XX: La luz tiene propiedades de onday partícula

Dualidad Onda-Partícula
Ondas
• • • • Contínuo, no local Longitud de onda Frecuencia Difraccióninterferencia • Ecuaciones de Maxwell

Partículas
• • • • • • Discreto, localizado Energía Momento Efecto Compton Contador (geiger) Mecánica de Newton

Velocidad de la luz
• Se consideró que tenía velocidad infinita • Para medir la velocidad de la luz necesitamos:
- fuentespotentes - largas distancias - medir intervalos de tiempo pequeños

• Aproximación Hippolyte Fizeau (1849)

• Velocidad en el vacío: 299,792,458 m/s (~ 3x108 m/s) • La velocidad es menor en otros medios • La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal: no depende de la velocidad relativa de la fuente y el observador->

Espectros atómicos
• El modelo de Bohr explica laexistencia de espectros • Se deben a la excitación del electrón y a la vuelta a su nivel fundamental

Propagación de la luz:
• Frente de ondas: Puntos del espacio alcanzados por la onda en un tiempo fijo ( se encuentran en la misma fase de vibración de la perturbación) • Rayo luminoso: marca la dirección de propagación de la onda y es perpendicular al frente de ondas.

Propagación de la luz: Huygensy Fermat
• Principio de Huygens: Cada punto del frente de ondas puede considerarse como foco emisor de ondas secundarias. El nuevo frente de ondas será la envolvente de estas ondas. Simulación • Principio de Fermat: Para ir de un punto a otro la luz se propaga por el camino óptico de tiempo mínimo

Reflexión
• La reflexión de la luz se puede explicar en un modelo de partículas • Unapartícula que choca elésticamente con una pared se refleja • Las ondas también se reflejan - ángulo de reflexión=ángulo de incidencia • La reflexión de la luz nos indica su naturaleza

Reflexión de la luz
• • • • • Algunas cosas son visibles porque son fuentes de luz Otras, reflejan la luz Reflexión en superficies rugosas: reflexión difusa Reflexión en superfices suaves: reflexión especular Esindependiente del color ( frecuencia)

Reflexión de la luz: leyes
1.El ángulo de reflexión es igual al de incidencia 2. El rayo reflejado, la normal y el incidente están en el mismo plano

Refracción
• Refracción según Newton: - Las partículas experimentan una fuerza dirigida hacia el material - La fuerza perpendicular hace acercarse a las partículas hacia la normal - predice una relación entre élángulo de refracción y el de incidencia • Refracción como ondas: - La frecuencia es la misma en los dos materiales - La velocidad de la onda es diferente en los dos materiales v=c/n - Cambia la longitud de ondas - Existe una relación entre el ángulo de incidencia y el de refracción:

sin( 1) n1 = sin( 2 ) n α α

Índice de Refracción

• Cuando la luz pasa de un material a otro cambia dedirección: refracción • Depende de las propiedades ópticas de los dos medios --> caracterizadas por su índice de refracción: n • n es un número: n=1 para el vacío, n=1.33 agua, n=2.42 diamante, n=1.5-1.9 vídrio ……. • El índice de refracción define la velocidad de la luz en el medio v=c/n Conceptos geométricos: -rayo incidente -rayo refractado -normal en el punto de incidencia -ángulo incidente...