Energía En un sistema aislado existen cantidades que se conservan, e.g.: momento angular, energía. Conservación de la Energía Un sistema de cuerpos interactuantes mantiene su energía constante si no hay fuerzas externas. Para la Gravedad: E = K+U = Cte E = ½ mv2 - GmM/r Energía = Energía Cinética + Energía Potencial Energía Cinética de un gas está relacionada con los movimientos térmicos de las partículas (calor, temperatura) K = 3/2 k T T es en grados Kelvin Tk = Tc + 273 El transporte de energía se realiza por: - Radiación - Convección - Conducción Como en Astronomía estamos restringidos a observar la luz que emiten los cuerpos del universo, debemos bien entender la física de la luz (radiación). La Luz ¿Qué es la luz? La luz es una forma de energía. Por ejemplo, la luz calienta los objetos. Hay objetos que emiten y otros que absorben luz. - Sol emite - Planeta absorbe y refleja La luz viene en diferentes colores - Sol: amarillo - blanco - cielo: azul en el día y rojo al atardecer luz del Sol tiene azul y rojo Espectro de la Luz Blanca - ¿De qué está hecha la luz? En 1704 Newton hizo pasar luz del Sol por un prisma. Observó descomposición en colores. La luz del Sol está hecha de muchos colores: Espectro e.g. En el arco iris las gotitas de agua actúan como prismas. - ¿Es partícula, ondas o ambas? ¿Cómo se transmite? - Newton pensó que la luz era partículas. - Concepto de fotón La luz (radiación), y tiene distintos “colores” o longitudes de onda o frecuencias, que van más allá del rango óptico. Espectro electromagnético: Detectores de Luz - El ojo humano - La placa fotografica - Los detectores digitales (CCD) - Los detectores infrarojos - Los detectores de radio - Los detectores de rayos X Distintos Tipos de Radiación En el IR, los telescopios pueden ver a traves de las nubes oscuras. Energía - Energía de un fotón está relacionada con su frecuencia. - Constante de Planck h = 6.6 x 10-34 kg m2 seg-1 - Por ejemplo rayos X más energéticos que luz amarilla. - E en kg m2 seg-2 Velocidad de la Luz Al encender la luz, se ilumina instantáneamente toda la habitación? - No, demora un tiempo. - La luz viaja a una velocidad finita (muy grande, pero finita). - En 1676, Ole Roemer calculó que la luz demora 16.5 min para cruzar 2UA basado en las observaciones de los tiempos de eclipses de los satélites galileanos por Júpiter. c = 300000 km s-1 - Albert Einstein: no sólo la luz viaja a una velocidad finita sino que nada puede viajar más rápido que la luz. Aberración de la Luz - Como la luz tiene una velocidad finita, si nos movemos rápido podemos detectar la aberración. - Analogía con un paraguas cuando llueve. - La Tierra se mueve a 30 km/s alrededor del Sol, y la luz de una estrella distante llega con c=300000km/s. Tengo que apuntar el telescopio inclinado por un ángulo 30/300000 rad = 20”. - Es otra demostración que la Tierra se mueve alrededor del Sol. Naturaleza Ondulatoria Dos propiedades intrínsecas de las ondas: - Difracción - Interferencia Christiaan Huygens sugirió en 1678 que la luz se propagaba como una onda. Thomas Young, 1801, demostró la naturaleza ondulatoria de la luz. Hizo el experimento de pasar luz por dos ranuras casi juntas, y vió el patrón de interferencia proyectado que resultaba. Lo que sucede es que los dos frentes de onda interfieren. Al superponerse, partes de esos frentes se suman y partes se restan, dependiendo de la longitud de onda de la luz. Detectores de Luz - James Maxwell, 1860, describe todas las propiedades del electromagnetismo en 4 ecuaciones. - Al combinar estas ecuaciones demuestra que los campos eléctricos y magnéticos se propagan en el espacio. - Son observados como ondas que viajan a 300,000 km s-1 - La luz es radiación electromagnética. Naturaleza Dual de la Luz Albert Einstein, 1905, obtiene el premio Nobel por la explicación del efecto fotoeléctrico. El propone que a veces la luz se comporta como onda y otras como partícula. - Se basó en la observación de que es posible arrancar e- de la superficie de metales con haces de ondas cortas - mientras con haces de longitudes más largas esto no ocurría. - Propuso la existencia de los fotones, paquetes de ondas. - Fotones de distintas longitudes de onda tienen distintas energías. - Los fotones no tienen masa ni carga eléctrica. Rayos Gamma - Energía es una propiedad de las partículas - Frecuencia es una propiedad de las ondas - La luz visible es sólo un tipo de radiación electromagnética. Rayos X Radiación Ultravioleta Propagación de la Luz - Toda onda se propaga: -Las ondas acústicas necesitan un medio para propagarse, y su velocidad depende del medio. Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio, se pueden propagar en el vacío, y su velocidad es c. - Existen ondas en una, dos y tres dimensiones. - La luz es una onda transversal (oscila en dirección perpendicular a la que viaja). - Normalmente la luz se propaga en línea recta con velocidad c. - El Sol radía en todas direcciones. Entonces, cuando la luz del Sol llega a la Tierra, está distribuida sobre una cáscara esférica de radio 1 UA •La intensidad por unidad de área disminuye como el inverso del área. •Brillo aparente de una fuente depende de la cantidad de luz que ha pasado por unidad de área (pupila). El brillo de un objeto decrece con el cuadrado de la distancia a la fuente. F = cte / d2 Luz Visible Radiación Infrarroja Microondas Ondas de Radio Violeta Azul Verde Amarillo Anaranjado Rojo