Tema de 2n de batxillerat sobre tots els fenòmens relacionats amb la llum i la introducció a l'optica geomètrica.

1. LA LLUM

2. HISTÒRIA SOBRE
L’EVOLUCIÓ DEL
CONCEPTE DE LLUM
NATURALESA DE LA LLUM
 L’explicació de la llum ha donat lloc a unes
de les controvèrsies més apasionades de
la història de la ciencia.
 Les primeres teories mereixedores
d’atenció van sorgir a l’hora al segle XVII.

3. TEORIA CORPUSCULAR
DE NEWTON (1704)
 Els focus lluminosos emeten minúscules
partícules que es propaguen en línia recta en
totes les direccions i que, en xocar amb els
nostres ulls, produeixen la sensació lluminosa.
 Els corpuscles són diferents per a cada color,
poden travessar els medis transparents i són
reflectits per medis opacs.

4.  Explicava:
- Propagació rectilínia de la llum
- Reflexió
 Però no podia explicar:
- La refracció: per què uns corpuscles
penetren en la matèria i altres no?
- Va proposar que la llum viatja a més
velocitat en els líquids i en els vidres…
però és fals.

5. TEORIA ONDULATÒRIA DE
HUYGGENS (1690)
 La llum consisteix en la propagació
d’una pertorbació ondulatòria del medi.
 Pensava que eran ones longitudinals
similars a les ones sonores.

6.  Explicava:
- La reflexió
- La refracció
- La doble refracció
 Inconvenients:
- Els científics de l’època van acceptar la teoria de
Newton que tenia millor reputació com a
científic.
- Fins llavors no s’havien observat fenòmens
relacionats amb la difracció perquè són difícils
d’observar ja que la llum té una longitud d’ona
molt petita.

7. TEORIA ONDULATÒRIA DE
FRESNEL (1815)
 La llum està constituïda per ones
transversals.
 Ho va proposar després d’observar
diversos avenços:
- Interferències lluminoses:
T. Young (1801).
- Descobriment de la
polarització de la llum (1808).

8.  - Difracció: Fresnel (1815)
 J. Focault (1850) va comprovar que la
velocitat de la llum en l’aigua és menor
que a l’aire.
 Tots aquests experiments invalidaven la
teoria corpuscular de Newton després de
150 anys d’acceptació!!

9. TEORIA
ELECTROMAGNÈTICA DE
MAXWELL (1864)
La llum no és una ona mecànica
sinó una ona electromagnètica de alta
freqüència.

10.  Les ones lluminoses consisteixen en la
propagació, sense necessitat de cap
suport material, de camps elèctrics i
magnètics variables en el temps que
s’autoindueixen i que vibren
perpendiculars entre ells i perpendicular a
la direcció de propagació.
 Maxwell va proposar aquesta teoria
des de l’estudi matemàtic dels
fenòmens electromagnètics.

11.  La comprovació experimental:
 Va arribar del científic H. Hertz
(1887) que va poder generar
ones electromagnètiques.

12. TEORIA CORPUSCULAR
D’EINSTEIN
 La va proposar Einstein (1905) per
poder explicar
l’EFECTE FOTOELÈCTRIC
descobert per Hertz i que la teoria
ondulatòria no podia explicar.
- Aquest fenomen consisteix en la emissió
d’electrons d’una certa energia, en incidir
una llum d’una determinada freqüència
sobre una placa metàl·lica.

13.  La llum està formada per un feix de petits
corpuscles o quàntums d’energia, també
anomenats fotons. En aquests fotons hi ha
concentrada l’energia de l’ona en lloc
d’estar distribuïda de manera contínua.
 L’energia de cada fotó:

14. NATURALESA DUAL DE
LA LLUM
 La llum té doble naturalesa, corpuscular i
ondulatòria.
 Es propaga mitjançant ones
electromagnètiques transversals.
 En certs fenòmens es comporta com a ona
i en certs fenòmens com a partícula.
 Aquest comportament el té la matèria.

15. ONES
ELECTROMAGNÈTIQUES
 Maxwell va predir l’existència d’ones
electromagnètiques.
 Va trobar en les matemàtiques que
aquestes es propagàven a la velocitat de
la llum.
 Va pensar que no
era una simple casualitat
i així va proposar la seva teoria.

16.  Els camps elèctrics i magnètics, que
s’autoindueixen i generen les ones, varien
sinusoïdalment amb el temps i la posició.
 Així, es poden aplicar les equacions de les
ones harmòniques.
 El valor de la velocitat de propagació al
buit és:

17. ESPECTRE
ELECTROMAGNÈTIC

18. PROPAGACIÓ RECTILÍNIA
DE LA LLUM
 Els fronts d’ona es propaguen en línia
recta.
 La direcció de propagació és perpendicular
a la de vibració del camp elèctric i la del
camp magnètic.
 CLICK

19. REFLEXIÓ DE LA LLUM
LLEIS D’SNEL PER LA REFLEXIÓ
 1a: El raig incident, la normal a la
superfície en el punt d’incidència i el raig
reflectit estan situats en el mateix pla.
 2a: L’angle d’incidència i i l’angle de
reflexió r són iguals. i = r

20. REFRACIÓ DE LA LLUM
LLEIS DE SNEL DE LA REFRACCIÓ
 1a: El raig incident, la normal a la
superfície en el punt d’incidència i el raig
reflectit estan situats en el mateix pla.
 2a: La raó entre els sinus de l’angle
d’incidència i refractat és constant i igual a
la raó de les velocitats de propagació i
igual a l’index de refracció relatiu.

21.  Definim l’índex de refracció absolut:

22.  Si la v2 > v1 → n2 < n1 → el raig refractat
s’apropa a la normal.
- L’objecte es veu més llunyà.
 Si la v2 < v1 → n2 > n1 → el raig refractat
s’allunya de la normal.
- L’objecte es veu més a prop.

23. ÍNDEX DE REFRACCIÓ DE
DIFERENTS MATERIALS

24.  X

25. CURIOSITAT
 Metamaterial tridimensional amb índex
de refracció negatiu creat per capes
alternes de plata i fluorur de magnesi, de
varies desenes de nanometres d’espesor.

26. IMPORTANT CONSIDERAR:
 La velocitat de la llum és més gran en el
buit que en els medis materials.
 La longitud d’ona roman constant quan es
propaga en el buit, en canvi quan es
propaga en els medis materials canvia.
 La freqüència roman constant tant quan
es propaga en el buit com en els medis
materials (els colors no canvien).

27. LONGITUD D’ONA I ÍNDEX
DE REFRACCIÓ
 Podem relacionar l’índex de refracció amb la
longitud d’ona de la llum en els diferents medis
materials.
 → n = λ0f/ λf → n = λ0/ λ
 Sempre n > 1, per tant la longitud d’ona en
qualsevol medi sempre serà menor que en el
buit.

28. Miratges i vaixels
fantasmes!!

29. APLICACIONS
 REFRACTÒMETRE: Dispositiu que
s’utilitza per veure la terbolesa o
composició qualitativa d’un líquid.
 Ex: en la fabricació de
vi i cervesa.

30. ANGLE LÍMIT I
REFLEXIÓ TOTAL
 L’angle límit és l’angle d’incidència que li
correspon un angle de refracció de 90º

31. APLICACIÓ MÉS
IMPORTANT DE LA
REFLEXIÓ TOTAL
LA FIBRA ÒPTICA
 Gràcies a la reflexió total de la llum dins aquest
material es pot transportar informació per tot el
món.
 Amb aquesta fibra es
transporta la informació
d’internet.

32. DISPERSIÓ
 En incidir la llum blanca sobre una
superfície refringente, cada radiació simple
es desviarà amb un angle diferent.

33.  La desviació de cada radiació simple
depèn de la seva longitud d’ona:
- f → + λ → - desviació

34. FORMACIÓ DE L’ARC DE
SANT MARTÍ
 Produït per la dispersió de la llum en les
gotes d’aigua de la pluja.
 Per veure’l és necessari tenir el Sol a
l’esquena.

35. ARC DE SANT MARTÍ
PRIMARI I SECUNDARI

36. ESPECTROSCOPIS
 Són dispositius capaces de separar un feix
de llum en els seus components
monocromàtics, és a dir, l’ESPECTRE.
 Hi ha: ESPECTRES CONTINUS
ESPECTRES DISCONTINUS:
- D’EMISSIÓ:
- D’ABSORCIÓ:

37. ESPECTROSCÒPIA
 És un mètode d’anàlisi físicoquímic
que examina i interpreta els espectres de
les radiacions obtingudes per un
espectroscopi.

38. COMPOSICIÓ DELS
ASTRES DE L’UNIVERS
 La llum emesa pels estels ens informa de la seva
composició i de l’etapa de la seva vida en la què
es troben.
 La resta d’astres per la llum que reflecteixen.

39. FOCS ARTIFICIALS
 Deuen el seu colorament als espectres
d’emissió de diverses sals a altes
temperatures:
- Les sales d’estronci i liti → el vermell
- Les de sodi → el groc
- Les de coure → el blau
- Les de bari → el verd
- La pols de magnesi o alumini s’utilizan per
fer-los més brillants.

40. INTERFERÈNCIES
 Per observar la interferència d’ones
lluminoses es requereix que els focus
emeten llums:
 - Monocromàtiques → d’una sola λ
 - Coherents → amb diferència de fase
constant.

41.  Així pot produïr-se:
 - Interferència constructiva: si les ones
estan en fase → les amplituds es sumen → com
la intensitat es proporcional al quadrat de
l’amplitud → S’observa una intensificació de les
ones
 - Interferència destructiva → si les ones
estan en oposició de fase → les amplituds es
resten → com la intensitat es proporcional al
quadrat de l’amplitud → S’observa una
debilitació o anul·lació de les ones

42. EXPERIMENT DE YOUNG
DE LA DOBLE ESCLETXA
 T. Young (1801)
 Va servir per demostrar que els
electrons es comportaven com ones i
podien estar en dos llocs alhora.

43. LÀMINA DE VIDRE DE
CARES PLANES I
PARAL·LELES
 CLICK

44. DIFRACCIÓ
 Es produeix si les ones són interceptades
per un obstacle de dimensions igual o
inferior a la longitud d’ona.
 Si feim passar una llum
monocromàtica per una
escletxa petita.

45. POLARITZACIÓ
 Característica només de les ones
transversals.
 Un feix lluminós està polaritzat linealment
si les oscil·lacions del camp elèctric tenen
lloc sempre en la mateixa direcció.

46. POLARITZACIÓ PER
REFLEXIÓ
 Si un raig de llum incideix des de l’aire
sobre la superfície de separació d’un medi
d’índex de refracció n, el raig reflectit està
totalment polaritzat linealment si la
tangent de l’angle d’incidència coincideix
amb l’index de refracció del segon medi.
tg i = n2

47. POLARITZACIÓ PER
ABSORCIÓ SELECTIVA
 E. H. Land (1938) va descubrir uns
polímers formats per molècules
d’hidrocarburs alineades en cadenes
llargues que tenen la capacitat de
polaritzar la llum mitjançant un
mecanisme d’absorció selectiva deguda a
l’orientació de les molècules. Són els
anomenats:
POLAROIDES.

48. POLAROIDES
 El polaroide trasmet la llum el camp
elèctric de la qual és paral·lel a l’eix de
transmissió i absorbeix tota la llum el
camp elèctric de la qual és perpendicular a
aquest eix.

49. ULLERES DE SOL
 Una de les aplicacions més importants i
quotidianes és les ULLERES DE SOL.

50. LÀSER
 Acrònim de LIGHT AMPLIFICATION by
STIMULATED EMISSION of RADIATION.
 És llum polaritzada coherent.
 Aplicacions: infinites…

51. ÒPTICA GEOMÈTRICA
 És la part de l’òptica que estudia, a partir
de representacions geomètriques, els
canvis de direcció que experimenten els
raigs lluminosos als fenòmens de reflexió i
refracció.
 RAIGS: Són fletxes que
indiquen la propagació del
moviment ondulatori.
- Són perpendiculars als fronts d’ona.

52. L’ O. G. es basa en:
 La llum es propaga rectilíniament en
medis homogenis i isòtrops.
 Els raigs lluminosos són reversibles, tant si
viatja per un mateix medi com per si
canvia de medi.
 Es compleixen les lleis de la reflexió i de la
refracció.

53. CONCEPTES BÀSICS DE
LA O. G.
 SISTEMA ÒPTIC: Conjunt de superfícies que
separan dos medis transparents, homogenis i isòtrops de
diferent índex de refracció.
 IMATGE REAL D’UN PUNT
OBJECTE
 IMATGE VIRTUAL D’UN PUNT
OBJECTE
 IMAGTE D’UN OBJECTE EXTENS
 SISTEMA ÒPTIC ESTIGMÀTIC

54. CONVENI DE SIGNES
 DIOPTRI:superfície de separació de dos
medis amb diferent índex de refracció
 EIX ÒPTIC
 POL O VÈRTEX: O
 RADI DE CURVATURA: r
 DISTÀNCIA OBJECTE: s1
 DISTÀNCIA IMATGE: s2

55.  FOCUS OBJECTE
 DISTÀNCIA FOCAL OBJECTE
 FOCUS IMATGE
 DISTÀNCIA FOCAL IMATGE

56. MIRALLS I LENTS
 Com funcionen?
 INFORMACIÓ LENTES I MIRALL

57. MIRALLS ESFÈRICS
CONCAU CONVEX
r<0 r>0

58. EXEMPLES
 MIRALL CÓNCAU MIRALL CONVEX

59. FORMACIÓ IMATGES EN
MIRALLS

60. CARACTERÍSTIQUES DE
LES IMATGES EN
MIRALLS ESFÈRICS

61. FÓRMULES MIRALLS
ESFÈRICS
 Equació fonamental dels miralls esfèrics:
 Augment lateral:
 Augment angular:

62. MIRALL PLA
La imagen formada en un espejo plano es:
 Virtual.
 De igual tamaño. y1 = y2
 Simétrica.
 Derecha y presenta
inversión lateral.
s1 = -s2

63. CURIOSITATS
 Per poder-nos veure’ns sencer, el mirall pla ha
de tenir una alçada mínima de la meitat de
l’altura de la persona.
 Les ambulàncies i els
bombers posan les
lletres a l’in revés perquè
es puguin llegir des dels
retrovisors.

64. LENTS
 Sistema òptic centrat formats per dos
dioptris, un dels quals al menys és esfèric.
 Estudiarem només les lents primes.

65. TIPUS DE LENTS
 CONVERGENTS
f > 0
 DIVERGENTS
f < 0
 Formació d’imatges en lents convergents
 ENFOQUE

66. FORMACIÓ IMATGES EN
LENTS

67. FÓRMULES LENTS PRIMES
 Equació fonamental
de les lents primes:
 Equació del fabricant
de lents:
 Potència d’una lent:
 Augment lateral:

68.  ASSOCIACIÓ DE LENTS
 POTÈNCIA DE L’ASSOCIACIÓ:
 AUGMENT LATERAL: AL = AM + AN

69. L’ULL I ELS DEFECTES
DE LA VISIÓ
 Funcionament de l’ull
 Acomodació

70.  MIOPIA: es corregeix amb lent divergent.
 HIPERMETROPIA: es corregeix amb
lent convergent.
 VISTA CANSADA O PRESBÍCIA:
es corregeix amb lent convergent.

71.  ASTIGMATISME: es corregeix amb
lents cilídriques.

72. CIRURGIA LÀSER
 Actualment tots aquestes defectes es
poden solucionar mitjançant cirurgia làser.

73. INSTRUMENTS ÒPTICS
 LUPA: és una lent convergent.
 Lupa

74. CÀMERA DE FOTOS
 Cos
 Objectiu
 Visor
 Obturador
 Diafragma
 Disparador
 ENFOQUE

75. MICROSCOPI
 Microscopi: dos lents convergents

77. TELESCOPIS REFRACTORES
 GALILEO (1610): constituit per
dos lents convergents.
- Dóna una imatge invertida.

78.  ANTEULLS: constituit per una lent
convergent i una divergent.
- Dóna una imatge virtual i dreta.
- S’utilitza en observació terrestre.

80. TELESCOPIS REFLECTORES
 NEWTON (1670):
- Format per una lent i un mirall cóncau que
pot ser esfèric i parabòl·lic:

82. HUBBLE (1990)

83.  Rosa Mª Rodríguez García-Caro
 Professora de física i química
 IES ALCÚDIA
 ALCÚDIA (MALLORCA)