La luz tiene una doble naturaleza corpuscular y ondulatoria. Se propaga mediante ondas electromagnéticas y presenta fenómenos típicamente ondulatorios, pero en su interacción con la materia, en ciertos fenómenos de intercambio de energía, manifiesta un carácter corpurcular. Sin embargo, la luz no manifiesta simultáneamente ambas características, en un fenómeno concreto se comporta como onda o como partícula. NATURALEZA DUAL DE LA LUZ CONSIDERACIONES. La velocidad de la luz es mayor en el vacío que en los medios materiales. La frecuencia de las radiaciones luminosas es igual en el vacío que en los medios materiales, no así la longitud de onda. ÍNDICE DE REFRACCIÓN. El índice de refracción absoluto de un medio es la razón entre la velocidad de la luz en el vacío c y la velocidad v de propagación en dicho medio. REFRACCIÓN LEYES DE LA REFRACCIÓN LA LUZ LEYES DE LA REFLEXIÓN REFLEXIÓN 1-El rayo incidente, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo reflejado están en el mismo plano. 2-El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales. incidencia mayores, la luz se refleja totalmente. Es el fenómeno de la reflexión total. DISPERSIÓN La dispersión de la luz es la separación de un rayo de luz en sus colores debido a su diferente índice de refracción. El índice de refracción de una sustancia disminuye con la longitud de onda incidente, por tanto, si un haz de luz de distintas longitudes de onda incide sobre un material refractan, cada radiación se desviará con un ángulo diferente. INTERFERENCIAS EXPERIMENTO DE YOUNG DE LA DOBLE RENDIJA DIFRACCIÓN POLARIZACIÓN radiación luminosa en el vacío ƛ: longitud de onda en el medio 1-El rayo incidente, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo refractado están en el mismo plano. 2-Ley de Snell: Cuando la luz pasa de un medio a otro medio de diferente índice de refracción, los ángulos de incidencia y refracción se encuentran en la siguiente relación ÁNGULO LÍMITE Y REFLEXIÓN TOTAL. Cuando la luz pasa de un medio a otro con menor índice de refracción, se refracta alejándose de la normal. Al incidir con un ángulo mayor el ángulo de refracción también se hace mayor. Para cierto ángulo de incidencia llamado ángulo límite, el ángulo de refracción vale 90o. Para ángulos de FENÓMENOS LUMINOSOS c: velocidad de la luz en el vacío v: velocidad de la luz en un medio ƛ0: longitud de onda de una Una de las aplicaciones más importantes de la reflexión total es la fibra óptica. Se trata de un tubo muy fino por el que viajan las ondas. Está formado por un núcleo de cristal cuyo índice de refracción es muy elevado, rodeado de una capa de plástico cuyo índice de refracción es menor, de modo que cada vez que la onda luminosa llega a la superficie de separación de los dos medios se produce una reflexión interna total. De este modo, en el interior de un hilo de fibra óptica, la luz se refleja contra las paredes en ángulos muy grandes de forma que prácticamente avanza por su centro. Así se pueden mandar señales luminosas sin pérdidas durante largas distancias. Se emplea en telecomunicaciones, en medicina y como elemento decorativo. El ángulo límite es el ángulo de incidencia que corresponde a un ángulo de refracción de 90o EL ARCOIRIS. Se forma por la dispersión de la luz solar debido a la refracción de ésta dentro de las gotas de agua suspendidas en el aire tras la lluvia. Para poder observarlo es necesario terner el Sol a nuestra espalda. VISIÓN DEL COLOR. El color de un objeto depende de la luz que incide sobre él y de la naturaleza del propio objeto. Un cuerpo de color negro es aquel que absorbe toda la radiación incidente. Por el contrario, un objeto que refleja toda la luz que incide sobre él se ve del color de la luz con la que ha sido iluminado (blanco si utilizamos luz blanca). Los espectroscopios son dispositivos capaces de separar un haz de luz en sus componentes monocromáticos, es decir, de formar su espectro. El más sencillo es el prisma óptico. El interés de la espectroscopía, método de análisis físico y químico que examina e interpreta los espectros de las radiaciones obtenidos en un espectroscopio, reside en que cada elemento químico posee un espectro propio característico. Confirmó el modelo undulatorio de la luz y permitió realizar una medición de su longitud de onda. Consiste en una fuente de luz monocromática que ilumina una pantalla con dos rendijas que actúan como focos emisores de ondas coherentes. Las ondas interfieren produciendo un patrón de interferencias sobre otra pantalla. Se observa una franja central brillante y otras franjas, brillantes y oscuras, paralelas. Las franjas brillantes se deben a la interferencia constructiva de las ondas por haber alcanzado la pantalla en fase, las franjas oscuras se deben a la interferencia destructiva de las ondas que alcanzan la pantalla en oposición de fase. Cambio en la dirección de propagación de las ondas luminosas si atraviesan una abertura o pasan próximas a un obstáculo de tamaño igual o inferior a su longitud de onda. La luz natural es aquella en que el vector campo eléctrico vibra con la misma probabilidad en todas las direcciones perpendiculares a la dirección de su propagación. La luz polarizada es aquella que vibra en una sola dirección. EXPERIMENTO DE YOUNG SISTEMA ÓPTICO: Conjunto de superficies que separan medios transparentes, homogéneos e isótropos de distinto índice de refracción. CONCEPTOS BÁSICOS REALES cuando los rayos procedentes de un objeto, tras atravesar el sistema, se juntan en un punto. Para poder observar este tipo de imágenes deben proyectarse sobre un plano. IMÁGENES: según su naturaleza pueden ser DIOPTRIOS ESFÉRICOS: se clasifican, según su radio de curvatura, en convexos (r>0) y cóncavos (r<0). VIRTUALES cuando los rayos procedentes de un objeto, tras atravesar el sistema, divergen y son sus prolongaciones las que se juntan en un punto. No se pueden proyectar en un plano pero son visibles para un observador. FOCO OBJETO (F1) es el punto tal que todos los rayos que proceden s1: distancia objeto de él, salen paralelos al atravesar el dioptrio. DISTANCIA FOCAL OBJETO (f1) es la distancia del vértice del dioptrio al foco objeto. s2: distancia imagen r: radio de curvatura FOCO IMAGEN (F2) es el punto se juntan los rayos que llegan paralelos al dioptrio desde el infinito. DISTANCIA FOCAL IMAGEN (f2) es la distancia del vértice del dioptrio al foco imagen. DIOPTRIO: sistema óptico que separa dos medios de distinto índice de refracción. Puede ser plano o esférico aumento lateral ecuación fundamental d e d u ci m o s l a s e cu a ci o n e s h a ci e n d o DIOPTRIOS PLANOS distancias focales ecuación fundamental ESPEJO: superficie pulida y opaca capaz de reflejar los rayos de luz. Según la forma de su superficie serán planos o esféricos. ESPEJOS ESFÉRICOS: se clasifican, según su radio de curvatura, en convexos (r>0) y cóncavos (r<0). deducimos las ecuaciones haciendo + ecuación fundamental aumento lateral deducimos las ecuaciones haciendo ESPEJOS PLANOS LENTE: sistema óptico centrado formado por dos dioptrios, uno de los cuales, al menos, es esférico. Una lente es delgada si el grosor de la misma es despreciable comparado con los radios de curvatura de los dioptrios que la forman. aumento lateral ecuación fundamental distancias focales ecuación del fabricante de lentes LENTES CONVERGENTES son más gruesas en su parte central que en los extremos, su distancia focal imagen es positiva. Según su forma pueden ser biconvexas (r1>0, llamamos distancia focal de una lente a su distancia focal imagen r2<0), planoconvexas r1>0, r2=∞) o meniscoconvergentes (r1>0, r2>0, r1<r2) LENTES DIVERGENTES son más gruesas en los extremos que en su parte central, su distancia focal imagen es negativa. Según su forma pueden ser bicóncavas (r1<0, ecuación fundamental de las lentes delgadas r2>0), plancóncavas r1=∞, r2>0) o meniscodivergentes (r1>0, r2>0, r1>r2) DIOPTRIOS ESFÉRICOS, ESPEJOS ESFÉRICOS Y LENTES TRAZADO DE RAYOS aumento lateral potencia de una lente Todo rayo que entra paralelo al eje óptico se desvía pasando por el foco imagen del dioptrio o la lente, o por el foco en el espejo. Todo rayo que pasa por el foco objeto del dioptrio o la lente, o por el foco en el espejo, sale paralelo al eje óptico. Los rayos que pasan por el centro de curvatura del dioptrio o del espejo, o por el centro de la lente, no se desvían. DIOPTRIO PLANO el ángulo de refracción se calcula a partir de la ley de Snell. ESPEJO PLANO el ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales. según su naturaleza ESTUDIO DE IMÁGENES distancias focales según su posición según su tamaño Derecha si está en la misma posición que el objeto. AL>0 Invertida si está en la posición contraria al objeto. AL<0 DIOPTRIOS Y LENTES REALES s2>0 VIRTUALES s2<0 ESPEJOS s2<0 s2>0 Mayor que el objeto lALl>1 es decir ly2l>ly1l Menor que el objeto lALl<1 es decir ly2l<ly1l Igual que el objeto lALl=1 es decir ly2l=ly1l La luz entra por la córnea. El iris regula la cantidad de luz que pasa a través de la pupila. La pupila aumenta o disminuye según la cantidad de luz El cristalino es la lente del ojo, enfoca la imágenes. La imagen invertida se forma en la retina. PUNTO REMOTO: es el punto más alejado donde puede observarse con nitidez un objeto. PUNTO PRÓXIMO: es el punto más cercano al ojo en el que puede colocarse un objeto y verse con nitidez. MIOPÍA. Se debe a que la córnea tiene demasiada curvatura o a que el ojo tiene una longitud mayor de lo normal. Las imágenes de los objetos que se encuentran en el infinito se forman delante de la retina. El punto remoto está más cerca que en un ojo normal. Se corrige con lentes divergentes. EL OJO HUMANO Y SUS DEFECTOS HIPERMETROPÍA. Se debe a que la córnea es demasiado plana o a que el ojo es más corto de lo normal. Las imágenes de los objetos cercanos se forman detrás de la retina. El punto próximo está más lejos que en un ojo normal. Se corrige con lentes convergentes. PRESBICIA. Consiste en la pérdida de flexibilidad del cristalino, de modo que la capacidad de acomodación disminuye y se aleja el punto próximo. Se corrige con lentes convergentes. Estos síntomas no afectan a la visión lejana ya que en ella el ojo se encuentra relajado. LA CÁMARA OSCURA. Consiste en una zona cerrada (cámara) cuya fuente de luz es un pequeño orificio situado en una de sus paredes. Los rayos luminosos que entran por dicho orificio proyectan en la pared opuesta la imagen del exterior invirtiéndola tanto vertical como horizontalmente. La imagen es real, invertida y menor. LA LUPA: es una lente convergente que permite ver los objetos de mayor tamaño que al natural. La lupa nos permite colocar los objetos a una distancia menor que el punto próximo. INSTRUMENTOS ÓPTICOS y CÁMARA OSCURA El aumento angular o poder amplificador de la lupa es la relación entre el ángulo visual cuando se observa el objeto con lupa (es decir, sobre el foco objeto para que la imagen se forme en el infinito y el ojo esté relajado) y el ángulo visual cuando se observa sin lupa ( es decir, sobre el punto próximo, 25 cm). y f EL PERISCOPIO. Es un sistema óptico constituido por dos espejos inclinados 45º. Se usa para observar desde una posición oculta. En un periscopio la luz entra por la apertura superior, se refleja en el primer espejo y va hacia el segundo espejo donde vuelve a reflejarse. ANTEOJO TERRESTRE O ANTEOJO ASTRONÓMICO DE GALILEO. Está formado por dos lentes, una convergente, el objetivo, y otra divergente, el ocular. Ambas lentes se colocan de modo que el foco imagen del objetivo coincida con el foco objeto del ocular. Permite observar objetos muy lejanos y las imágenes son derechas. 0,25m ANTEOJO TERRESTRE LUPA PERISCOPIO