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La luz y las ondas electromagnéticas

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  • vaya usted a saber. pues grande.... dependiendo de lo cercano que esté el foco de luz del agujero.....supongo, claro.
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  • la luz de una fuente luminosa pasa por un orificiode 60mm de diametro a traves de un orificio hecho en la parte superior de una caja de carton colocada a 2 metros de la fuente¿cual es el diametro de la imagen que se forma en el fondo de la caja si la altura de esta es de 50mm
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  • 1. LA LUZ Y LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Tema 4 Física 2º Bachilerato
  • 2. ÓPTICA GEOMÉTRICA
    • ÓPTICA  Rama de la Física que estudia los fenómenos relacionados con la LUZ
    • ÓPTICA GEOMÉTRICA  Parte de la Óptica que a partir de la leyes de la reflexión y de la refracción, y mediante representaciones geométricas, estudia los cambios de dirección que experimentan los rayos luminosos.
  • 3. Supuestos básicos de la Óptica geométrica
    • La luz se propaga en línea recta en los medios homogéneos e isótropos.
    • Los rayos luminosos son reversibles.
    • Se cumplen las leyes de la reflexión y de la refracción.
    • Podemos determinar:
      • el trayecto seguido por la luz a través de diferentes instrumentos ópticos (lupa, microscopio, telescopio, etc).
      • La forma, el tamaño y la posición de las imágenes obtenidas por medio de dichos instrumentos ópticos.
  • 4. Sistema óptico
    • Sistema físico formado por una sucesión de medios de propagación de la luz (medios ópticos).
    • El sistema mas sencillo es el DIOPTRIO , que es la superficie de separación entre dos medios de índices de refracción distintos.
      • Si la superficie es plana, se denomina dioptrio plano ,
      • Si es esférica, dioptrio esférico .
    • Por tanto, se puede definir un sistema óptico como una sucesión de dioptrios de formas cualesquiera.
  • 5. Sistema óptico centrado
    • Es aquel en que todos sus dioptrios son esféricos y están centrados sobre un mismo eje, llamado eje del sistema .
    • El punto de corte entre el eje y el dioptrio se denomina centro óptico del dioptrio .
  • 6. Objeto e imagen
    • Todo sistema óptico determina dos espacios que pueden estar separados o superpuestos:
      • el espacio-objeto , que contiene los rayos luminosos que se dirigen al sistema.
      • El espacio-imagen , que recibe los rayos que emergen del sistema después de atravesarlo.
    • La luz procedente de un objeto , situado en el espacio-objeto, se propaga a través del sistema según las leyes de la reflexión y de la refracción, proporcionando una imagen .
    • Si el objeto o la imagen son de dimensiones suficientemente pequeñas, se pueden asimilar a puntos y se llaman punto-objeto y punto-imagen .
  • 7. Imagen real e imagen virtual
    • Se dice que un sistema óptico forma la imagen real de un punto cuando los rayos emergentes de éste coinciden en otro punto, de forma que la imagen se puede recoger en una pantalla, pero no podemos verla directamente.
    • Por el contrario, si los rayos emergentes se separan y lo que se cortan en un punto son sus prolongaciones, se dice que se forma una imagen virtual (se ve y no puede recogerse en una pantalla).
  • 8. Foco objeto y foco imagen
    • Llamamos foco-objeto F a un punto del eje óptico cuya imagen está en el infinito. Es decir, todos los rayos que pasan por él salen paralelos al eje óptico.
    • Llamamos foco-imagen F’ a un punto del eje que es la imagen de un punto situado en el infinito. Es decir, todos los rayos que llegan al sistema paralelos al eje óptico se cortan en ese punto.
    • Se denominan distancias focales f y f’ de un dioptrio a la distancia que hay del centro óptico del dioptrio a los focos objeto e imagen.
  • 9. Construcción de imágenes
    • Para encontrar la imagen de un punto, situado en el espacio-objeto, basta considerar los tres rayos siguientes de entre los infinitos que proceden de él:
      • Un rayo paralelo al eje principal, el cual emerge del dioptrio pasando por el foco imagen F’.
      • Un rayo que pasa por el foco objeto F, el cual sale paralelo al eje principal.
      • Un rayo que pase por el centro del dioptrio esférico, el cual no se desvía.
  • 10. Espejos
    • Los espejos son superficies muy pulimentadas, con una capacidad reflectora del 95% o superior de la intensidad de la luz incidente.
    • Los espejos pueden ser planos, esféricos, parabólicos, etc.
    • Nosotros estudiaremos sólo los espejos planos y los esféricos.
  • 11. Espejos esféricos
    • Se demuestra en los espejos esféricos que la distancia focal es igual a la mitad del radio de curvatura del espejo:
    • Además, los focos objeto e imagen coinciden en el mismo punto, por lo que simplemente se habla de foco del espejo .
  • 12. Espejo esférico cóncavo
    • Los rayos inciden sobre la cara interna de la superficie esférica (cara cóncava) reflejándose.
    • Tenemos dos casos diferentes:
      • El objeto está situado a una distancia del espejo mayor que la distancia focal.
      • El objeto está entre el foco y el espejo
  • 13. Construcción de imágenes en un espejo cóncavo
    • a) Objeto a una distancia mayor que el centro de curvatura   Imagen real, invertida y más pequeña que el objeto
    • b) Objeto en el centro de curvatura  Imagen real, invertida y del mismo tamaño que el objeto
    • c) Objeto entre el centro de curvatura y el foco  Imagen real, invertida y de mayor tamaño que el objeto
    • d) Objeto en el foco  Imagen en el infinito
    • e) Objeto entre el vértice y el foco   Imagen virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto
  • 14. Construcción de imágenes en un espejo convexo
    • Un espejo esférico convexo SIEMPRE forma una imagen virtual, derecha y de menor tamaño que el objeto.
  • 15. Espejo plano
    • Del objeto parten rayos luminosos en todas direcciones. Después de la reflexión los rayos siguen tendiendo a separarse.
    • Por tanto, ya no se vuelven a reunir y no dan, ninguna imagen real, sino que se ven como si procedieran de un lugar situado detrás del espejo, a saber, de la imagen virtual del objeto en cuestión.
    • La distancia que hay entre dicha imagen virtual y el plano del espejo es la misma que, simétricamente, separa a éste del objeto.
  • 16. Aplicaciones de los espejos
    • Los espejos retrovisores de los coches son espejos convexos que dan una imagen virtual y reducida de una parte del panorama que se halla detrás del conductor.
    • Los espejos para el baño son cóncavos y el sujeto se sitúa frente a ellos dentro de la distancia focal, de modo que puede observar en el espejo su imagen virtual, derecha y ampliada.
    • Los espejos colocados en los cruces de calles estrechas son convexos.
  • 17. Lentes delgadas
    • Una lente es un medio transparente limitado por dos superficies, una de las cuales, al menos, es esférica. Una onda incidente sufre dos refracciones al pasar a través de la lente.
    • Hay dos tipos de lentes: convergentes y divergentes .
      • En la lentes convergentes el foco imagen está a la derecha de la lente, f´ > 0 .
      • En la lentes divergentes el foco imagen está a la izquierda de la lente, f´ < 0 .
    • Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por los extremos , mientras que las divergentes son más gruesas por los extremos que por el centro .
    • La potencia de una lente es la inversa de su distancia focal imagen P=1/f´
    • La unidad de potencia de una lente es la dioptría (m -1 ), que se define como la potencia de una lente cuya distancia focal es de un metro.
  • 18. Tipos de lentes delgadas
    • Lentes convergentes
    • Lentes divergentes
  • 19. Formación de imágenes en lentes
    • La construcción de imágenes es muy sencilla si se utilizan los rayos principales:
      • Rayo paralelo : Rayo paralelo al eje óptico que parte de la parte superior del objeto. Después de refractarse pasa por el foco imagen.
      • Rayo focal : Rayo que parte de la parte superior del objeto y pasa por el foco objeto, con lo cual se refracta de manera que sale paralelo . Después de refractarse pasa por el foco imagen.
  • 20. Formación de imágenes en lentes
    • Rayo radial o central :
    • Rayo que parte de la parte superior del objeto y está dirigido hacia el centro de curvatura del dioptrio. Este rayo no se refracta y continúa en la mismas
  • 21. Lentes convergentes
    • Hay dos posibilidades para situar el objeto:
      • más lejos de la lente que el foco objeto (imágenes reales)
      • entre la lente y el foco objeto (imágenes virtuales).
    • El tamaño de la imagen dependerá de donde coloquemos el objeto:
      • En el foco
      • Entre el foco y dos veces la distancia focal.
      • Más lejos de dos veces la distancia focal.
  • 22. Formación de imágenes en lentes convergentes
  • 23. Lentes divergentes
  • 24. Formación de imágenes en lentes divergentes
    • La imagen obtenida con una lente divergente es siempre:
      • VIRTUAL,
      • DERECHA
      • DE MENOR TAMAÑO que el objeto
  • 25. El ojo
  • 26. El ojo como sistema óptico
    • El sistema óptico ocular hace que los rayos que desde un punto exterior penetran en el ojo, se reúnan en un punto determinado de la retina para formar su imagen.
    • Está compuesto por lentes sucesivas:
      • Córnea.
      • Humor acuoso.
      • Cristalino.
      • Vítreo.
    • Todas ellas tienen un eje óptico común.
    • La imagen que se forma en la retina es real, invertida y de menor tamaño que el objeto, pero la percepción que de ella tenemos cuando se procesa en el cerebro es de tamaño normal y derecha.
  • 27. Defectos de la visión
    • La ametropía es la incapacidad del ojo para formar la imagen de un objeto en la retina por una desproporción entre la longitud del ojo y la potencia de su sistema de lentes.
    • La consecuencia es que por cada punto del objeto visualizado se forma en la retina una imagen circular borrosa en lugar de un punto nítido. El tamaño de estos círculos será menor cuanto menor sea:
      • El tamaño del haz de rayos: por eso estos individuos cuando quieren ver mejor, entornan los párpados en un intento de disminuir aún más las dimensiones del haz.
      • El defecto de refracción.
  • 28. Tipos de ametropías
    • Distinguimos dos tipos de ametropías:
      • Esféricas: Si la curvatura de toda la superficie del dioptrio es uniforme.
        • La miopía.
        • La hipermetropía.
      • No esféricas: Si no conserva dicha uniformidad.
        • El astigmatismo.
    • La cuantía del defecto se mide en dioptrías precedidas del signo – (menos) en los defectos miópicos y del signo + (más) en los hipermetrópicos.
  • 29. Miopía
    • En estos ojos la imagen se forma por delante de la retina, por una convergencia excesiva en relación a la longitud ocular. El ojo ve borroso de lejos y para ver nítido necesita acercarse al objeto.
    • Para corregir la miopía se necesitan lentes divergentes: divergen los rayos que llegan.
  • 30. Hipermetropía
    • En estos ojos la imagen se forma por detrás de la retina, por una convergencia menor que la relativa a la longitud ocular.
    • Para corregir la hipermetropía se necesitan lentes convergentes: convergen los rayos que llegan.
  • 31. Presbicia (vista cansada)
    • Con el paso de los años se reduce la capacidad de adaptación del cristalino (pierde flexibilidad) y aumenta la distancia a la que se encuentra el punto próximo . Este defecto se llama presbicia y se corrige con lentes convergentes.
  • 32. Astigmatismo
    • Si el ojo tiene una córnea deformada (como si la córnea fuese esférica con una superficie cilíndrica superpuesta) los objetos puntuales dan como imágenes líneas cortas.
    • Este defecto se llama astigmatismo y para corregirlo es necesario una lente cilíndrica compensadora.
  • 33. Instrumentos ópticos: Lupa o lente de aumento
    • Cuanto más acercamos un objeto al ojo, mayor es el ángulo aparente con que se le ve. Pero existe una distancia mínima llamada punto próximo (25 cm) por delante de la cual no se ven nítidamente. En ese punto la imagen alcanza su máximo tamaño en la retina y aún la percibimos con nitidez.
    • Un objeto situado en el punto próximo del ojo, se ve del mayor tamaño que es posible verlo a simple vista y bajo el mayor ángulo.
    • Una lente convergente puede conseguir que la imagen de un objeto se vea ampliada, y, por lo tanto, verla bajo un ángulo aparente mayor.
  • 34. Lupa o lente de aumento
    • Debemos poner el objeto entre la lente y el foco. La amplificación máxima se produce cuando está en el foco.
    • El sistema así formado se llama lupa o microscopio simple.
    • Esta es la construcción geométrica de la imagen para un objeto situado entre una lente convergente y su foco.
    • El máximo aumento de la lupa se produce cuando el objeto se sitúa en el foco.
    • Entonces los rayos que atraviesan la lente salen paralelos al que pasa por el centro óptico.
    • La imagen se formaría en el infinito pero el sistema óptico del ojo normal, sin esfuerzo de acomodación, concentra en la retina esos rayos que parecen venir del infinito.
  • 35. Microscopio simple
    • El microscopio se utiliza para examinar objetos muy pequeños situados a muy corta distancia de la lente objetivo.
    • Está formado por dos lentes convergentes:
      • lente objetivo , situada muy cerca del objeto.
      • lente ocular , al otro extremo del tubo, está más cerca del ojo y hace la función de lupa sobre la imagen que produce la lente objetivo.
    • La lente objetivo es muy convergente y el objeto debe colocarse más allá de su punto focal, pero cerca de él.
  • 36. Microscopio simple (II)
    • El ocular se coloca de manera que la imagen formada por la lente objetivo (flecha amarilla) caiga sobre el punto focal de ella, F2. En la figura está un poco más cerca de la lente.
    • Cuando una imagen se forma en el foco, F2, la luz emerge del ocular en forma de un haz de rayos paralelos y forma la imagen en el infinito, pero el ojo, sin esfuerzo de acomodación, la concentra en la retina.
    • El ocular logra que veamos la imagen del objetivo con un ángulo aparente mayor que si el objeto estuviera en el punto próximo del ojo.
    • La lente objetivo produce una imagen mayor, real e invertida, y la lente ocular, actuando sobre ella, la hace más grande pero la deja invertida y virtual.
    • La imagen que da el microscopio es mayor, virtual e invertida.
    • La imagen final después de pasar por el ojo se forma en la retina.
    • La distancia entre el punto focal imagen del objetivo y el punto focal objeto del ocular se llama longitud del tubo, L. En los microscopios tiene un valor fijo: 16 cm.
  • 37.
    • El telescopio o anteojo astronómico se utiliza para observar objetos lejanos. Con él se ven los objetos lejanos más grandes de lo que podemos verlos a simple vista, pero se ven invertidos.
    • El telescopio se inventó hacia 1610 pero no se sabe con exactitud quien lo hizo. Galileo, al enterarse de que los holandeses habían construido unas lentes con las que observaban objetos, construyó unas, las pulió, les dio la curvatura adecuada, e hizo con ellas un telescopio.
    • Está compuesto de dos lentes convergentes y tiene como finalidad obtener una imagen del objeto más próxima al ojo que el objeto, de modo que al verla bajo un ángulo mayor, nos parezca mayor.
  • 38.
    • La lente convergente objeto (la más próxima al objeto, a la izquierda) tiene la distancia focal más grande F1 y para rayos que vienen del infinito forma la imagen en el foco de la segunda lente, F2
  • 39.
    • La lente objetivo, poco convergente, pone la imagen en el foco de la lente ocular.
    • Recuerda que los objetos deben estar muy lejos. ¡Cien metros ya es el infinito para los efectos ópticos!.
    • La lente convergente ocular es más convergente que la del objetivo (tiene una distancia focal pequeña). Para esta lente los objetos que están entre el foco y la lente dan imágenes más grandes y virtuales (haz su imagen a la izquierda, en la parte de donde viene la luz).
    • La lente ocular actúa como lupa
    • Si el objeto para esta lente está en el foco, la imagen que da la segunda lente se forma en el infinito (en realidad no se forma, los rayos salen paralelos). Si no se forma ¿cómo la vemos?
    • Ahora es cuando entra en juego el sistema óptico del ojo. Esta imagen que la segunda lente forma en el infinito, para los ojos de la persona que mira por el aparato parece venir del infinito, y el ojo concentra los rayos en la retina sin esfuerzo de acomodación. Por lo tanto la persona ve la imagen mayor e invertida.
    • El ojo se sitúa en el foco de la lente ocular y en el eje óptico del sistema
  • 40. Refracción de la luz
    • Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se le llama refracción.
  • 41. Índice de refracción del medio
    • Si dividimos la velocidad de la luz en el vacío entre la que tiene en un medio transparente obtenemos un valor que llamamos índice de refracción de ese medio:
    • donde n: índice de refracción c: velocidad de la luz en el vacío v: velocidad de la luz en el medio material
    • Si el índice de refracción del agua es n= 1,33, quiere decir que la luz es 1,33 veces más rápida en el vacío que en el agua.
  • 42. Índice de refracción y longitud de onda
    • El índice de refracción de un medio es n=c/v
    • La velocidad de propagación podemos expresarla en función de la longitud de onda:
    • c =  0 f
    •  n=  0 / 
    • v =  f
    • Como n>1, la longitud de onda de la luz en un medio es menor que en el vacío.
  • 43. Ley de Snell de la refracción
    • El fenómeno de la refracción se rige por la llamada ley de la refracción o ley de Snell:
    • n 1 sen i = n 2 sen 
    • n 1 = índice de refracción del medio del que procede. i = ángulo de incidencia n 2 = índice de refracción del medio en el que se refracta.  = ángulo de refracción
  • 44. Refracción de la luz: Posición aparente
    • Consideremos el caso en que miramos un objeto en el fondo de un estanque.
    • Debido a la refracción de la luz, se produce una aproximación aparente del objeto: parece estar más cerca.
    • Si conocemos la profundidad del estanque y los índices de refracción de los dos medios, podemos hallar la profundidad aparente del objeto.
  • 45. Reflexión de la luz
    • Por lo general cuando la luz llega a la superficie de separación entre los dos medios se producen simultáneamente la reflexión y la refracción.
    • Cuando la luz incide sobre un cuerpo, éste la devuelve al medio en mayor o menor proporción según sus propias características. Este fenómeno se llama reflexión y gracias a él podemos ver las cosas.
    • Ley de la reflexión : “El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión”
    • i = r
  • 46. Reflexión especular y reflexión difusa
    • No todos los cuerpos se comportan de la misma manera frente a la luz que les llega. Por ejemplo, en algunos cuerpos como los espejos o los metales pulidos podemos ver nuestra imagen pero no podemos &quot;mirarnos&quot; en una hoja de papel.
    • Esto se debe a que existen distintos tipos de reflexión:
      • Cuando la luz obedece a la ley de la reflexión, se conoce como reflexión especular . Este es el caso de los espejos y de la mayoría de las superficies duras y pulidas. Al tratarse de una superficie lisa, los rayos reflejados son paralelos, es decir tienen la misma dirección.
      • La reflexión difusa es típica de sustancias granulosas como polvos. En el caso de la reflexión difusa los rayos son reflejados en distintas direcciones debido a la rugosidad de la superficie.
  • 47. Ángulo límite y Reflexión total
    • Cuando la luz pasa de un medio a otro con menor índice de refracción (del agua al aire, por ejemplo) el rayo de luz se aleja de la normal.
    • Existe, para dos medios dados, un ángulo de incidencia tal que el rayo refractado sale paralelo a la superficie de separación de los dos medios. Este ángulo recibe el nombre de ÁNGULO LÍMITE .
    • A partir de este ángulo límite la luz no se refracta, sino que se refleja completamente. Es el fenómeno de la reflexión total .
  • 48. Cálculo del ángulo límite
    • Cuando la luz incide con el ángulo límite (  L ), el rayo refractado sale formando un ángulo de  /2 respecto a la normal.
    • n 1 sen  L = n 2 sen  /2 =n 2
    • sen  L = n 2 /n 1
  • 49. Aplicación de la reflexión total: Fibras ópticas
    • Podemos canalizar la luz a través de pequeños tubos de diferentes sustancias que se denominan fibras ópticas .
    • Las fibras ópticas se utilizan en muchos campos de la ciencia y de la tecnología:
      • En medicina permiten ver órganos internos sin intervenciones quirúrgicas complejas.
      • En las telecomunicaciones están alcanzando unos altos niveles de utilización ya que por una fibra del grosor de un cabello puede transmitirse información de audio y video equivalente a 25.000 voces hablando simultáneamente.
  • 50. Dispersión de la luz
    • La luz que procede del Sol la llamamos luz blanca.
    • La luz blanca es una mezcla de luces de diferentes colores. Cuando observamos el arco iris podemos ver los colores que componen la luz blanca.
    • Este fenómeno, conocido como dispersión, se produce cuando un rayo de luz compuesta se refracta en algún medio quedando separados sus colores constituyentes.
    • La causa de que se produzca la dispersión es que el índice de refracción disminuye cuando aumenta la longitud de onda de modo que las longitudes de onda más largas (rojo) se desvían menos que las cortas (azul). n=  0 / 
  • 51. Dispersión en un prisma
    • La luz blanca pasa del aire al vidrio, refractándose.
    • Como la luz blanca es la mezcla de diferentes radiaciones luminosas de distinta frecuencia (color) y cada una de estas posee una longitud de onda diferente, el índice de refracción del medio será diferente para cada color.
    • Cada color (onda monocromática) se refracta con un ángulo distinto.
    • Al llegar los rayos a la otra cara del prisma se produce la refracción vidrio-aire, aumentando aún más la separación de los diferentes colores.
  • 52. Arco iris
    • Cuando la luz solar incide sobre las gotas de lluvia, éstas se encargan de dispersarla en todas direcciones, pero en algunas mucho más que en otras.
    • Los rayos del Sol involucrados con la formación del arco iris salen de las gotas de lluvia con un ángulo de aproximadamente 138 grados respecto de la dirección que llevaban antes de entrar en ellas. Este es el &quot;ángulo del arco iris&quot;, descubierto por René Descartes en el año de 1637
    • Si nos colocamos de frente a un arco iris, el Sol estará detrás de nosotros.
    • Un rayo de luz solar, de los que &quot;hacen&quot; un arco iris, cambia su dirección tres veces mientras se mueve a través de una gota de lluvia: Primero entra en la gota, lo cual ocasiona que se refracte ligeramente. Entonces se mueve hacia el extremo opuesto de la gota, y se refleja en la cara interna de la misma. Finalmente, vuelve a refractarse cuando sale de la gota de lluvia en forma de luz dispersa. La descomposición en colores es posible porque el índice de refracción de la gota de agua es ligeramente distinto para cada longitud de onda, para cada color del arco iris.
  • 53. Arco iris (II)
    • La razón por la que el arco iris dibuja en el cielo un arco de círculo es que el ángulo entre la luz solar incidente y la luz refractada de cualquier color es necesariamente el mismo para cada gota, siendo en el arco iris primario mayor para la luz roja (se abre más), 42º y menor para la luz violeta, 40º. Para que estos ángulos se mantengan visibles a nuestros ojos las gotas que los envían deben estar en un círculo. Ese círculo es la base de un cono con vértice en nuestros ojos y eje paralelo a los rayos del sol que inciden en las gotas.
    • Alguien que ve un arco iris, en realidad no está viendo cosa alguna que esté en un sitio fijo. El arco iris es sólo un fantasma, una imagen.
    • Cuando alguien mira un arco iris, lo que está viendo en realidad es luz dispersada por ciertas gotas de lluvia. Otra persona que se encuentre al lado del primer observador verá luz dispersada por otras gotas. De manera que puede decirse que cada quien ve su propio arco iris, distinto (hablando en un sentido estricto) del que ven todos los demás.
  • 54.
    • Si las condiciones atmosféricas y el sitio de observación son perfectos, la lluvia y el Sol trabajan juntos para crear un anillo de luz completo, denominado arco iris circular. Desgraciadamente, no es posible ver un arco iris circular desde la superficie de la Tierra, debido a que el horizonte limita considerablemente el campo de visión. Por esto siempre vemos los arco iris como arcos, pero no como círculos en el cielo.
    • Condiciones para ver un arco iris:
      • el observador tiene que estar localizado entre el sol y una lluvia de gotas esféricas (una lluvia uniforme). ¿Y cuando son las gotas esféricas? Las gotas son esféricas cuando caen a una velocidad uniforme, constante. Esto es posible en condiciones de aceleración gravitatoria contando con las fuerzas viscosas de oposición del aire.
      • Cuando se cumple que la velocidad de las gotas es uniforme, la gota adquiere un volumen máximo con la mínima superficie (esfera). Sólo en estas condiciones es posible la dispersión luminosa dentro de la gota y por tanto el arco iris, aunque ligeras variaciones de la esfera puedan dar diversas variaciones en un arco iris. Por lo tanto, la lluvia no debe ser torrencial, ni estar afectada por el viento. Es por ello que no siempre se contempla el arco iris cuando hay lluvia y sol.
    Arco iris (III)
  • 55. Interferencias luminosas
    • Condiciones necesarias:
      • Las ondas luminosas deben ser coherentes (diferencia de fase constante).
      • Deben ser monocromáticas (misma  )
    • Dificultades para obtenerlas:
      • Normalmente las fuentes luminosas son incoherentes
    • Primer experimento de interferencias luminosas: experimento de Young de la doble rendija (1801)
  • 56. Experimento de Young
  • 57. Naturaleza de la luz: teoría corpuscular
    • La naturaleza física de la luz ha sido uno de los grandes problemas de la ciencia.
    • Desde la antigua Grecia se consideraba la luz como algo de naturaleza corpuscular, eran corpúsculos que formaban el rayo luminoso.
    • Newton defendió esta idea: suponía que la luz estaba formada por corpúsculos lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. Escribió un tratado de Óptica en el que explicó multitud de fenómenos que sufría la luz.
    • Explicaba fenómenos como la propagación rectilínea, la reflexión y la refracción de la luz (había que suponer que la luz viaja a menor velocidad en el aire que en sólidos y líquidos).
  • 58. Naturaleza de la luz: teoría ondulatoria de Huygens
    • En 1678 Huygens defiende un modelo ondulatorio: la luz es una onda similar a las ondas sonoras.
    • La luz se consideraba una onda mecánica longitudinal, pero las ondas mecánicas necesitan un medio para poder propagarse, y surgió el concepto de éter como el &quot;medio&quot; en el que estamos inmersos.
    • Esto trajo aún más problemas, y la naturaleza del éter fue un quebradero de cabeza de muchos científicos.
    • Explicaba la reflexión y la refracción de la luz.
    • No fue aceptada por la mayoría de científicos debido al gran prestigio que tenía Newton.
  • 59. Triunfo de la teoría ondulatoria.
    • En 1801 Thomas Young realiza los primeros experimentos de interferencias luminosas
    • En 1808 se realizan las primeras experiencias sobre polarización de la luz  la luz es una onda TRANSVERSAL .
    • En 1815 Auguste Jean Fresnel realiza las primeras experiencias de difracción con luz .
    • Estos hechos fueron decisivos para la aceptación del modelo ondulatorio.
  • 60. Teoría electromagnética de la luz: Maxwell
    • En 1864, Maxwell estableció la teoría electromagnética de la luz . Se basó en los estudios de Faraday del electromagnetismo, y concluyó que las ondas luminosas son de naturaleza electromagnética.
    • Una ONDA ELECTROMAGNÉTICA se produce por la variación en algún lugar del espacio de las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia. No necesita ningún medio para propagarse, son ondas transversales.
  • 61. Ondas electromagnéticas
    • El descubrimiento de las ondas electromagnéticas fue uno de los avances más importantes del siglo XIX.
    • Maxwell postuló la existencia de estas ondas aclarando el problema de la naturaleza de la luz, y además uniendo la electricidad, el magnetismo y la óptica en una misma rama. Sin embargo no pudo demostrar su existencia.
    • Una carga eléctrica oscilando con una determinada frecuencia, produce ondas electromagnéticas de la misma frecuencia. La velocidad con la que se propagan estas ondas en el vacío es: c = 3 10 8 m/s
    • Fue Hertz 20 años después, en 1887, el primero en producir ondas electromagnéticas y con ello confirmar las leyes de Maxwell.
    • Tuvo aceptación general y parecía que el problema histórico sobre la naturaleza de la luz estaba resuelto.
  • 62. Características de las ondas elctromagnéticas (I)
    • Son originadas por cargas eléctricas aceleradas.
    • Consisten en la variación periódica del estado electromagnético del espacio : Un campo eléctrico variable produce un campo magnético variable, éste genera a su vez un campo eléctrico variable y así, sucesivamente.
    • No necesitan ningún medio material para propagarse.
    • Son ONDAS TRANSVERSALES
  • 63. Propagación de una onda electromagnética (I)
  • 64. Propagación de una onda electromagnética (II)
  • 65. Características de las ondas elctromagnéticas (II)
    • Los vectores campo eléctrico y campo magnético varían con el tiempo y la posición según la ecuación de las ondas armónicas:
    • E y = E 0 sen ( ω t – kx)
    • B z = B 0 sen ( ω t – kx)
    • Los módulos de los vectores en una posición e instante determinados está relacionados por:
    • E/B = c siendo c la velocidad de la onda
    • La velocidad de una onda electromagnética depende de las características eléctricas y magnéticas del medio. La expresión obtenida por Maxwell es:
  • 66. Espectro electromagnético
    • Espectro de una radiación: conjunto de frecuencias que contiene.
    • El espectro electromagnético recorre toda la gama de frecuencias, desde frecuencias extremedamente bajas (como la frecuencia de los campos electromagnéticos generados por corrientes eléctricas que es de 50 y 60 Hz), hasta frecuencias extremadamente altas como pueden ser las de los rayos X que llegan hasta 10 20 Hz
    • Al avanzar en el espectro aumenta la frecuencia , aumentando también la energía del campo electromagnético, lo que lleva directamente a relacionar los efectos que puede producir el campo electromagnético con su frecuencia. No es lo mismo estar expuesto a un campo de radiofrecuencias, como el de la radio AM, que estar expuesto a rayos X.
    • La diferencia entre los efectos que provocan en la materia los campos electromagnéticos permite clasificarlos en dos grandes grupos: radiaciones ionizantes y radiaciones no ionizantes.
  • 67. Tipos de radiaciones
    • En las radiaciones no ionizantes están todas las frecuencias por debajo de la luz visible , y como mucho, pueden dar lugar a un calentamiento como es el caso de la radiación de microondas, pero no pueden modificar la estructura interna de la materia.
    • En las radiaciones ionizantes se encuentran las radiaciones más energéticas , rayos X, rayos gamma y parte de la radiación ultravioleta, todas por encima de 10 15 Hz. Estas radiaciones son capaces modificar la estructura interna de la materia, pudiendo romper las moléculas y dar lugar a mutaciones al alterar el material genético.
  • 68.  

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