Luz y optica geometrica
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Naturaleza de la luz
Teoria corpuscular de Newton
La luz tiene naturaleza corpuscular: los focos luminosos emiten minusculas particulas que se propagan el linea recta en todas direcciones y, al chocar con nuestros ojos, producen la sensacion luminosa. Los corpusculos, distintos para color, son capaces de atravesar los medios transparentes y son reflejados por los cuerpos opacos. Esta hipotesis justifica fenomenos como la propagacion rectilinea de la luz y la reflexion, pero no la refraccion.
Teoria ondulatoria de Huygens
Huygens propuso que la luz consiste en la propagacion de una perturbacion ondulatoria del medio. Huygens creia que se trataba de ondas longitudinales. Esta hipotesis explica fenomenos como la reflexion, refraccion de la luz y la doble refraccion. La dificultad de la teoria ondulatoria era que no se habian observado en la luz fenomenos ondulatorios como la difraccion; pero sabemos que la longitud de onda es tan pequeña que en estos fenomenos no es facil observarlos.
Teoria ondulatoria de Fresnel
Fresnel propone que la luz esta constituida por ondas tranversales. Foucault comprueba que la velocidad de la luz es mayor en el aire que en el agua, lo que invalida la explicacion de Newton para la refraccion.
Teoria electromagnetica de Maxwell
Maxwell propone que la luz no es una onda mecanica sino una forma de onda electromagnetica de alta frecuencia. Las ondas luminosas consisten en la propagacion, sin necesidad de soporte alguno, de un campo electrico y de un campo magnetico perpendiculares entre si y a la direccion de propagacion.
Naturaleza corpuscular de la luz segun Einstein
Einstein propone que la luz esta formada por un haz de pequeños corpusculos o cuantos de energia tambien llamados fotones. Es decir, en los fotones esta concentrada la energia de la onda en lugar de estar distribuida de modo continuo.
Naturaleza dual de la luz
La luz tiene doble naturaleza, corpuscular y ondulatoria. Se propaga mediante ondas electromagneticas y presenta los fenomenos ondulatorios, pero en su interaccion con la materia, en ciertos fenomenos de intercambio de energia, manifiesta un caracter corpuscular. La luz en un fenomeno concreto solo se comporta como una onda o como una particula.
Fenomenos caracteristicos de las ondas luminosas
1. Interferencia. Tipos:
- Constructiva. Si las ondas estan en fase se observa una intensificacion de las ondas.
- Destructiva. Si las ondas estan en oposicion de fase se observa un debilitacion o incluso anulacion de las ondas.
Experimento de Young de la doble rendija
El experimento de Young confirmo el modelo ondulatorio de la la luz y permitio a relaizar una medicion de su longitud de onda. El experimento consiste en disponer de una fuente de luz monocromatica que ilumina una pantalla que contiene dos rendijas. las rendijas actuan como focos emisores y las ondas producidas son coherentes, ya que proceden de la misma fuente luminosa. Las ondas interiferen produciendo un patron de interferencia en la pantalla posterior. Aqui se aprecian una franja central brillante y otras franjas brillantes y oscuras paralelas. Las franjas brillantes se deben a la interferencia constructiva de las ondas en fase; y las franjas oscuras se deben a la interferencia destructiva de las ondas en oposicion de fase.
2. Difraccion
Si se interpone en el camino de la luz un obstaculo y se examina con detalle la sombra se observa que su contorno no es nitido, se aprecian franjas claras y oscuras; se trata del fenomenos de la difraccion.
Difraccion producida por una rendija
Un haz de rayos de luz monocromatica atraviesa una estrecha rendija paralela al frente de onda de la luz incidente; formandose una figura de difraccion constituida por una franja ancha central brillante y a los lados franjas estrechas brillantes alternadas con franjas oscuras. Este fenomeno se puede interpretar mediante el principio de Huygens, cada punto de la rendija se convierte en un emisor de ondas elementales en fase que interfieren entre si.
3. Polarizacion
La polarizacion demuestra que las ondas luminosas son transversales. Un haz de luz esta polarizado linealmente si las oscilaciones del campo electrico tienen lugar siempre en la misma direccion. El plano de polarizacion de una onda electromagentica es el determinado por la direccion de propagacion y la direccion y la direccion de vibracion. La luz no esta polarizada, ya que esta formada por un gran numero de trenes de ondas diferentes procedentes de atomos diferentes; en cada uno de ellos el campo electrico oscila en un plano distinto. El resultado es que la direcciones de vibracion posibles para el campo son infinitas y cambian aleatoriamente segun el instante de tiempo considerado.
Polarizacion por reflexion
Malus descubrio que si la luz natural incide sobre una superficie pulimentada de vidrio, la luz reflejada esta total o parcialmente polarizada dependiendo del angulo de incidencia. Brewster descubrio que la polarizacion es total para un agunlo de incidencia tal que el rayo reflejado y el rayo refractado forman un angulo de 90º. Este angulo se denomina angulo de polarizacion o angulo de Brewster.
Ley de Brewster
La polarizacion es total cuando la tangente del angulo de incidencia es igual al indice de refraccion del medio en que tiene lugar la refraccion.
Polarizacion por absorcion selectiva
Land descubrio un material formado por finas laminas que contienen moleculas de hidrocarburos alineados en largas cadenas. Land le llamo polaroide o poralizador. Este material polariza la luz mediante un mecanismo de absorcion selectiva de esta efectuada por las moleculas orientadas. Como los electrones solo pueden desplazarse a lo largo de las cadenas moleculares cuando la direccion de la luz incidente coincide con la direccion de la cadena molecular, el material absorve energia luminosa y se establece una corriente electrica. Si la direccion de la luz es perpendicular a la direccion de las cadenas moleculares se denomina eje de transmision.
Teoria corpuscular de Newton
La luz tiene naturaleza corpuscular: los focos luminosos emiten minusculas particulas que se propagan el linea recta en todas direcciones y, al chocar con nuestros ojos, producen la sensacion luminosa. Los corpusculos, distintos para color, son capaces de atravesar los medios transparentes y son reflejados por los cuerpos opacos. Esta hipotesis justifica fenomenos como la propagacion rectilinea de la luz y la reflexion, pero no la refraccion.
Teoria ondulatoria de Huygens
Huygens propuso que la luz consiste en la propagacion de una perturbacion ondulatoria del medio. Huygens creia que se trataba de ondas longitudinales. Esta hipotesis explica fenomenos como la reflexion, refraccion de la luz y la doble refraccion. La dificultad de la teoria ondulatoria era que no se habian observado en la luz fenomenos ondulatorios como la difraccion; pero sabemos que la longitud de onda es tan pequeña que en estos fenomenos no es facil observarlos.
Teoria ondulatoria de Fresnel
Fresnel propone que la luz esta constituida por ondas tranversales. Foucault comprueba que la velocidad de la luz es mayor en el aire que en el agua, lo que invalida la explicacion de Newton para la refraccion.
Teoria electromagnetica de Maxwell
Maxwell propone que la luz no es una onda mecanica sino una forma de onda electromagnetica de alta frecuencia. Las ondas luminosas consisten en la propagacion, sin necesidad de soporte alguno, de un campo electrico y de un campo magnetico perpendiculares entre si y a la direccion de propagacion.
Naturaleza corpuscular de la luz segun Einstein
Einstein propone que la luz esta formada por un haz de pequeños corpusculos o cuantos de energia tambien llamados fotones. Es decir, en los fotones esta concentrada la energia de la onda en lugar de estar distribuida de modo continuo.
Naturaleza dual de la luz
La luz tiene doble naturaleza, corpuscular y ondulatoria. Se propaga mediante ondas electromagneticas y presenta los fenomenos ondulatorios, pero en su interaccion con la materia, en ciertos fenomenos de intercambio de energia, manifiesta un caracter corpuscular. La luz en un fenomeno concreto solo se comporta como una onda o como una particula.
Fenomenos caracteristicos de las ondas luminosas
1. Interferencia. Tipos:
- Constructiva. Si las ondas estan en fase se observa una intensificacion de las ondas.
- Destructiva. Si las ondas estan en oposicion de fase se observa un debilitacion o incluso anulacion de las ondas.
Experimento de Young de la doble rendija
El experimento de Young confirmo el modelo ondulatorio de la la luz y permitio a relaizar una medicion de su longitud de onda. El experimento consiste en disponer de una fuente de luz monocromatica que ilumina una pantalla que contiene dos rendijas. las rendijas actuan como focos emisores y las ondas producidas son coherentes, ya que proceden de la misma fuente luminosa. Las ondas interiferen produciendo un patron de interferencia en la pantalla posterior. Aqui se aprecian una franja central brillante y otras franjas brillantes y oscuras paralelas. Las franjas brillantes se deben a la interferencia constructiva de las ondas en fase; y las franjas oscuras se deben a la interferencia destructiva de las ondas en oposicion de fase.
2. Difraccion
Si se interpone en el camino de la luz un obstaculo y se examina con detalle la sombra se observa que su contorno no es nitido, se aprecian franjas claras y oscuras; se trata del fenomenos de la difraccion.
Difraccion producida por una rendija
Un haz de rayos de luz monocromatica atraviesa una estrecha rendija paralela al frente de onda de la luz incidente; formandose una figura de difraccion constituida por una franja ancha central brillante y a los lados franjas estrechas brillantes alternadas con franjas oscuras. Este fenomeno se puede interpretar mediante el principio de Huygens, cada punto de la rendija se convierte en un emisor de ondas elementales en fase que interfieren entre si.
3. Polarizacion
La polarizacion demuestra que las ondas luminosas son transversales. Un haz de luz esta polarizado linealmente si las oscilaciones del campo electrico tienen lugar siempre en la misma direccion. El plano de polarizacion de una onda electromagentica es el determinado por la direccion de propagacion y la direccion y la direccion de vibracion. La luz no esta polarizada, ya que esta formada por un gran numero de trenes de ondas diferentes procedentes de atomos diferentes; en cada uno de ellos el campo electrico oscila en un plano distinto. El resultado es que la direcciones de vibracion posibles para el campo son infinitas y cambian aleatoriamente segun el instante de tiempo considerado.
Polarizacion por reflexion
Malus descubrio que si la luz natural incide sobre una superficie pulimentada de vidrio, la luz reflejada esta total o parcialmente polarizada dependiendo del angulo de incidencia. Brewster descubrio que la polarizacion es total para un agunlo de incidencia tal que el rayo reflejado y el rayo refractado forman un angulo de 90º. Este angulo se denomina angulo de polarizacion o angulo de Brewster.
Ley de Brewster
La polarizacion es total cuando la tangente del angulo de incidencia es igual al indice de refraccion del medio en que tiene lugar la refraccion.
Polarizacion por absorcion selectiva
Land descubrio un material formado por finas laminas que contienen moleculas de hidrocarburos alineados en largas cadenas. Land le llamo polaroide o poralizador. Este material polariza la luz mediante un mecanismo de absorcion selectiva de esta efectuada por las moleculas orientadas. Como los electrones solo pueden desplazarse a lo largo de las cadenas moleculares cuando la direccion de la luz incidente coincide con la direccion de la cadena molecular, el material absorve energia luminosa y se establece una corriente electrica. Si la direccion de la luz es perpendicular a la direccion de las cadenas moleculares se denomina eje de transmision.