Tema 1. Modelos sobre la naturaleza de la luz •
Aunque los filósofos griegos no hacían ninguna distinción entre luz y visión, pronto se comenzaron a tratar el fenómeno de la luz independientemente del de la visión. Es decir, se consideró a la luz como un fenómeno independiente de que alguien esté mirando.
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Newton, en el siglo XVII, fue uno de los primeros físicos que estudió la luz. De acuerdo con él: “La luz consiste en partículas muy pequeñas y ligeras que llamó corpúsculos y que viajan en línea recta”.
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Aunque Newton encontró mucha oposición por parte de Huygens que sostenía que la luz era un tipo de onda, el modelo corpuscular prevaleció hasta principios del siglo XIX. Esta situación cambió en 1801 cuando Young anunció que había observado la interferencia de dos ondas de luz. Como la interferencia era un fenómeno típicamente ondulatorio, este hecho significaba que la interpretación que se debí dar a la luz desde ese momento era que se trataba de una onda.
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Sin embargo, en ocasiones, parece viajar en línea recta, lo cual avalaría el modelo corpuscular.
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Por tanto, más que desarrollar una “teoría de la luz” es mejor plantear tres modelos para la luz y saber cuándo se ha de aplicar cada uno.
Modelos para la luz Modelo de rayos. La luz viaja en línea recta. A los caminos que recorre se les llaman rayos de luz. Los instrumentos ópticos como los prismas, telescopios, microscopios, etc. Se describen mediante este modelo.
Modelo ondulatorio. Es válida para la mayoría de las situaciones, cuando la luz se comporta como una onda.
Modelo fotónico. La tecnología moderna se basa cada vez más en la física cuántica. En el contexto cuántico la luz no se comporta ni como onda ni como partícula. En su lugar la describimos como fotones que pueden tener un comportamiento de onda o de partícula.
La luz es una onda electromagnética En 1865, Maxwell enunció su teoría sobre el campo electromágnético estableciendo la interconexión que existe entre un campo eléctrico variable que genera un campo magnético y viceversa. Las cargas eléctricas oscilantes producen campos eléctricos y magnéticos que, como Maxwell demostró, tienen la misma velocidad que la luz. A estas ondas se las denominó ondas electromagnéticas.
En 1887 Hertz consiguió generar ondas electromagnéticas demostrando la teoría de Maxwell y comprobando que dichas ondas tenían las mismas propiedades que la luz.
El espectro electromagnético El espectro electromagnético es el conjunto de todas las ondas electromagnéticas ordenados según sus frecuencias o según sus longitudes de onda.
Tema 2. Óptica de la reflexión Para trabajar la óptica de la reflexión usaremos el modelo de rayos, cuyas bases son las siguientes: 1. Los rayos de luz viajan en línea recta. 2. Los rayos de luz se pueden cruzar sin que exista interferencia. 3. Un rayo de luz viaja eternamente a menos que encuentre un obstáculo en su camino. Entonces sufre reflexión y/o refracción.
REFLEXIÓN DE LA LUZ MEDIO 1
REFRACCIÓN DE LA LUZ MEDIO 2
4. Los objetos son fuentes de rayos de luz (autolumínica o reflectiva).
La luz proveniente de una fuente de luz se ve reflejada por el objeto. Para que veamos el objeto, la luz reflejada debe entrar en el ojo.
5. El ojo percibe las imágenes concentrando los rayos de luz en la retina.
La luz reflejada por la copa entra en el ojo y genera una imagen en la retina
El proceso de visión Para ver un objeto, la luz reflejada por este, debe entrar en el ojo. Esta idea explica algunos aspectos de la visión. Por ejemplo, no podemos ver un láser que viaja por una habitación, pues el rayo no entra en nuestros ojos. Sin embargo, cuando el láser choca contra una pared, la luz se dispersa y entra el los ojos lo que nos permite ver el punto. Sin embargo si suspendemos en el aire partículas ligeras de polvo o tiza, es posible ver el haz de luz ya que esas partículas permiten la dispersión de la luz, haciendo que parte de ella entre en nuestros ojos.
La reflexión de la luz Es el cambio en la dirección de propagación que experimenta la luz como consecuencia de que se encuentra un medio en su camino. La reflexión de la luz puede ser de dos tipos: Si la superficie es muy lisa, se produce la llamada reflexión especular, que se da típicamente en los espejos. Cuando la superficie es rugosa se produce la reflexión difusa, que es la que se da en el resto de los objetos cuyas superficies no están pulimentadas.
Reflexión especular y reflexión difusa
Leyes de la reflexión PRIMERA LEY. El rayo incidente y el rayo reflejado están en el mismo plano, que además es perpendicular a la superficie. SEGUNDA LEY. El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.
EL ESPEJO PLANO ¿Cómo es posible que nos veamos reflejados en un espejo?
(a)
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(b)
(c)
Según la figura (a), los rayos de luz procedentes del objeto se reflejan en el espejo de acuerdo con las leyes de la reflexión.
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De acuerdo con estas leyes, la imagen estará a la misma distancia del espejo que el objeto.
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Todos los rayos parecen provenir de la imagen, con lo que veríamos a la imagen en el lugar donde concurren las prolongaciones a trazos de los rayos.
A este tipo de imágenes las denominaremos virtuales, entendiendo por tal que los rayos de luz no salen de P’. Se llama imagen virtual porque no podríamos recoger esta imagen en una pantalla.
EJERCICIO. ¿Cuántas imágenes se formarán en la siguiente situación?