TEORÍAS SOBRE LA LUZ
Modelo corpuscular de Newton: la luz está formada por partículas muy veloces y de masa muy pequeña. Como nadie interactúa con ellas, viajan en línea recta. Los colores se deben a la diferencia de masas
Modelo ondulatorio de Huygens: La luz es una onda.
Necesito de un medio natural (llamado éter) para su propagación y lo hace de forma rectilínea. Los colores se deben a las diferentes frecuencias que forman la luz
El mayor prestigio científico del que gozaba Newton hizo que su teoría prevalece sobre la de Huygens.
Como 100 años después Thomas Young y Agustín Fresnel demostraron que la luz produce interferencias y difracción, lo que terminó dando la razón a Huygens y su modelo ondulatorio.3
ELECTROMAGNETISMO
Siglo XIX, Maxwel relaciónó los fenómenos eléctricos y magnéticos unificándolos en la teoría electromagnética de la luz. La variación del campo eléctrico, origina, a su vez, una variación perpendicular en el campo magnético y viceversa.
Este proceso origina una onda electromagnética donde los campos E y B se propagan perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación de la onda. A finales de este siglo, a partir de la teoría, Hertz creó un aparato y descubríó las ondas de radio y confirmó lo predicho por la teoría de Maxwell.
Las ondas electromagnéticas se organizan en el especismo electromagnetismo.
Ejemplos:
Menor a mayor frecuencia | Longitud de onda corta a larga |
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DUALIDAD ONDA-Corpúsculo
El efecto fotoeléctrico no se puede explicar por la teoría ondulatoria. Es emisor espontáneo de electrones por parte de un metal al incidir determinada luz.
Max Plank, es capaz de demostrar que los intercambios energéticos entre materia y luz son posibles mediante cantidades finitas denominadas cuantos o fotones y cuya energía vale: entre materia y luz son posibles mediante cantidades finitas denominadas cuantos o fotones y cuya energía vale:
E=h*f h=6,63*10-34 J/s
La luz tiene una doble naturaleza: se comporta como onda en lo referente a su propagación, pero la energía que transporta se intercambia mediante cantidades discretas denominadas fotones
Dispersión:
Es un fenómeno que aparece como consecuencia de la refracción de la luz blanca.
Se comprueba que las frecuencias más bajas (infrarrojas y rojas) son las que menos se desvían y las más altas (violetas y ultravioletas) las más desviadas.
Esto es debido a que cada frecuencia o color se refracta con diferente velocidad.
También lo hace su longitud de onda. La frecuencia se mantiene constante. Formulas:
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POLARIZACIÓN:
La luz blanca está vibrando en todas las direcciones del espacio, pero cuando selecciona un plano determinado hablamos de radiación polarizada.
La polarización es un fenómeno que únicamente se presenta en las ondas transversales y sucede cuando el campo eléctrico vibra en una dirección preferente sobre las demás.
Filtro polaroid:
REFLEXIÓN:
Reflexión: la ley de reflexión indica que el ángulo que forma el rayo incidente con la normal es igual que el que forma el reflejado. I=r. El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano.
REFRACCIÓN:
Refracción: el rayo incidente, el refractado y la normal están en el mismo plano. La ley de la refracción de Snell establece una relación entre las direcciones del ángulo incidente y el refractado.
Óptica GEOMÉTRICA. SISTEMAS ÓPTICOS:
La óptica geométrica sirve para determinar los cambios de dirección que se producen mediante reflexiones y refracciones.
Se utiliza el concepto de rayo luminoso, se trata únicamente de una línea cuyo avance es perpendicular al del frente de ondas.
CarácterÍSTICAS DE LA IMAGEN:
En función de su naturaleza:
Reales: se forman por la uníón de los rayos en un punto.
Estas imágenes pueden ser proyectadas en un planoVirtuales: se forman por la prolongación de los rayos. No se pueden proyectar
En función de su tamaño:
Mayores: las imágenes son más grandes que los objetos
Menores: las imágenes son más pequeñas
En función de su posición:
Derechas: cuando están en la misma posición del objeto
Invertidas: al revés que el objeto
CRITERIO DE SIGNOS EN ÓPTICA GEOMÉTRICA:
Se aplica el convenio de signos basado en las normas DIN.
El vértice de un sistema óptico, 0, es el origen de coordenadas
Hacia la derecha y hacia arriba: positiva
Hacia la izquierda y hacia abajo: negativa
La luz siempre viaja de izquierda a derecha
Las magnitudes y símbolos referidos a la imagen, se nombran igual que los referidos al objeto, salvo que se les añade el símbolo prima (‘)
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DIOPTRIO ESFÉRICO
Se llama dioptrio a una superficie que separa dos medios homogéneos e isótropos con diferente índice de refracción.
Ecuación general de un dioptrio esférico:
n—> índice de refracción
s—>distancia
r—> radio de curvatura
DISTANCIA FOCAL
Cuando un haz de rayos paralelos al eje llega a un dioptrio, estos se juntan en un punto denominado foco imagen, F’. Este foco también se define como la imagen de un punto situado en el infinito.
Existe un punto tal que los rayos que parten de él salen paralelos tras atravesar la superficie del dioptrio.
La fórmula de Gauss relaciona las distancias focales de un dioptrio con las posiciones del objeto y su imagen.
AUMENTO LATERAL
El aumento lateral es la relación entre el tamaño de un objeto y el de su imagen. Fórmula
Ecuación del dioptrio plano:
La ecuación fundamental del dioptrio plano relaciona la distancia al origen del objeto y la de la imagen con los índices de refracción de los medios según:
n y n’ (índices de refracción)
s y s’ (distancias del objeto y la imagen)
Carácterísticas del dioptrio plano:
Si tenemos un objeto situado en un medio con índice de refracción n>n’, la profundidad aparente es menor que la real.
Si tenemos un objeto situado en un medio con un índice de refracción n<n’, la profundidad aparente es mayor.
Aumento lateral: el aumento lateral o aumento transversal en los dioptrios planos siempre es uno. AL=1
ESPEJOS:
Un espejo es una superficie muy pulimentada que refleja la intensidad de la luz que le llega casi en su totalidad.
La ecuación general de los espejos:
En los espejos planos, las imágenes no se forman por el corte de los rayos, sino por las prolongaciones de los rayos reflejados en el espejo.
LENTES:
Las lentes son sistemas ópticos formadas por dos dioptrios de los que al menos uno es una superficie esférica.
ECUACIONES:
TIPOS DE LENTES:
Dos tipos de lentes delgadas que se clasifican por la posición de su focal imagen (f’):
Lentes convergentes: tienen una focal imagen positiva (en la derecha). Acercan los rayos que la atraviesan.
- Lentes divergentes: tienen una focal imagen negativa (en la izquierda). Aleja los rayos que la atraviesan
INSTRUMENTOS ÓPTICOS:
La cámara oscura. Consiste en un pequeño habitáculo con un pequeño orificio en una de sus paredes por el que puede entrar la luz. Al atravesar el orificio, se proyectan en la pared opuesta formando una imagen invertida. Es la precursora de la cámara fotográfica.
La lupa. Es un instrumento óptico que permite ver los objetos con un tamaño mucho mayor y derechos. Está formada por una lente convergente, y los objetos se colocan entre dicha lente y el foco. Se forma una imagen virtual mucho mayor que el objeto.
El microscopio. Es un sistema óptico formado por una combinación de dos lentes convergentes cuya finalidad es obtener un aumento angular mayor que con la lupa. 10x—> 10 veces más cerca. En el microscopio se desplaza el objetivo para que la imagen de la primera lente se sitúe entre el foco y la segunda lente y sea mayor que el objeto. La imagen final es invertida.
ÓPTICA DE LA VISIÓN
Proceso de la visión:
El iris controla la apertura de la pupila y, por lo tanto, la cantidad de luz que llega al ojo.
Los músculos ciliares se comprimen y distorsionan al cristalino para enfocar en la retina
La retina codifica la luz capturada en impulsos eléctricos
El nervio óptico conduce los impulsos eléctricos hasta el cerebro
El cerebro interpreta los impulsos como imágenes
La distancia más corta desde el objeto hasta el ojo que permite una visión clara, se llama punto próximo. Aunque a diferentes edades este punto varía su posición, se considera que el punto próximo debe estar a 25 cm.
El punto más a
lejado se denomina punto remoto. En este punto, el ojo observa con relajación total. No se trata de un punto sino de una zona, la que va desde los 5 o 6 m hasta el infinito.
DEFECTOS DE LA VISIÓN:
Miopía: se produce cuando el globo ocular es demasiado largo y el cristalino no enfoca la imagen en la retina.
Para corregirla es necesaria una lente divergente:
Hipermetropía: es el efecto contrario a la miopía. El globo ocular es más corto de lo habitual y las imágenes se forman por detrás de la retina.
Para corregirla es necesario una lente convergente:
Presbicia: aparece con la edad. El cristalino con la edad pierde flexibilidad y los mismos ciliares no enfocan a cortas distancias. Su corrección es de la misma forma que para las hipermétropes, con una lente convergente