CAPITULO I: La Luz

CAPITULO I: La Luz
CAPITULO I: LA LUZ
1
1 La luz
1.1.1.- El nanómetro
1.2.- El espectro
p
visible
1.3.- Naturaleza de la luz
1.4.- Fuentes de luz
2.- La Materia y la luz
2.1.- Fórmula R.A.T.
2 2 - Absorción
2.2.
2.3.- Reflexión
2.3.1-Tipos de reflexión
2.4.- Transmisión
2.5.- Refracción
2 6 Dispersión
2.6.2.7.- Difracción
2.8.- Polarización
2.9.- Intensidad y distancia de la luz
2.10.- Sombra y penumbra
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1.- La luz
1.
Hoy se sabe que la luz
es un pequeño conjunto
de radiaciones
electromagnéticas que
es capaz de ser
percibido por el ojo
h
humano
y cuya longitud
l
it d
de onda determina su
color.
Movimiento ondulatorio asociado a las radiaciones electromagnéticas
g
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1.1..- El nanómetro (nm.)
La luz se propaga en línea recta en forma de
rayo pero como cualquier radiación de energía
rayo,
electromagnética la luz visible también puede ser
concebida en forma de onda.
Así entendida, la energía se mueve hacia adelante
como una ola, y la distancia entre cada una de
sus crestas es lo q
que se llama “longitud
g
de onda”
-que se referencia con la letra griega lambda (λ)-.
g
de onda que
q corresponden
p
a la luz
Las longitudes
visible son bastante pequeñas en términos
convencionales, en torno a los 0,0000005 metros
(es decir: 10-6 metros).
Para mayor comodidad, usamos la medida del
nanómetro (nm.), que mide una milmillonésima
parte de un metro (10-99 metros).
metros)
El tamaño de la longitud de onda determina el
color de la luz
luz.
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COLOR
λ
violeta
380–450 nm
azul
450–495 nm
verde
495–570 nm
amarillo
570 590 nm
570–590
anaranjado
590–620 nm
rojo
620–780 nm
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1.2..- El espectro visible
Se denomina espectro electromagnético a la distribución
energética del conjunto de las ondas electromagnéticas
electromagnéticas.
Se denomina espectro visible a la región del espectro
electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir.
percibir
El ojo humano es sensible a una pequeña franja de
longitudes de onda situadas entre los 380 y los 780
nanómetros, aproximadamente.
COLOR
λ
violeta
380–450 nm
azul
450–495 nm
verde
495–570 nm
amarillo
570–590 nm
anaranjado
590–620 nm
rojo
620–780 nm
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1.3..- Naturaleza de la luz
Propiedades de la naturaleza y comportamiento de la luz:
•
LLa luz
l se mueve en forma
f
de
d ondas.
d
Distintas
Di i
l
longitudes
i d de
d onda
d
proporcionan a nuestros ojos distintas sensaciones de color.
•
La luz se propaga en línea recta.
recta (dentro de una sustancia normal de
composición uniforme).
•
gran velocidad (300.000
(
kilómetros por
p segundo
g
La luz se mueve a una g
en el vació). En otros medios se mueve ligeramente más despacio como
el aire, el agua o el vidrio.
•
La luz también se comporta como si estuviera formada por partículas de
energía o fotones. Éstos originan cambios químicos, alteran los
colorantes, etc.
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1.4..- Fuentes de luz
U fuente
Una
f
t d
de lluz es
simplemente algo que emite
grandes cantidades de fotones en
las longitudes de onda del
espectro visible.
Las fuentes de luz pueden ser
naturales (el Sol) o artificiales
(una lámpara).
Lámpara
incandescente
halógena de
Tungsteno
Dentro de las artificiales tenemos
p
de incandescencia,,
lámparas
lámparas de descarga, lámparas
fluorescentes, lámparas de flash
electrónico, etc.
Lámpara de flash electrónico
Lámpara fluorescente
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2.- La Materia y la luz
2 1.- Fórmula
2.
Fó
l R.A.T.
RAT
Cuando la luz alcanza una superficie esta puede ser:
• ABSORBIDA
• REFLEJADA
• TRANSMITIDA
La energía de la luz incidente debe ser igual a la suma de la
energía de la luz reflejada, absorbida y transmitida.
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2.2..- Absorción
La materia suele absorber luz debido a una serie de fenómenos que
ocurren a nivel molecular y atómico.
Es muy usual que una sustancia concreta sea capaz de absorber
ciertas cantidades de energía luminosa. En este sentido, las
propiedades de absorción luminosa de los distintos materiales
dependen de cuáles sean las longitudes de onda que componen una
l dada.
luz
dada Esta absorción
abso ción p
puede
ede e
expresarse
p esa se en la llamada curva
c a de
absorción espectral.
La energía que las moléculas absorben suele ser disipada en forma
de energía calorífica aunque a veces esta energía vuelve a emitirse
como luz, dando lugar a fenómenos de fluorescencia y de
fosforescencia.
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2.3..- Reflexión
Cuando la luz incide sobre una superficie lisa y brillante, se refleja totalmente
en un ángulo igual al de incidencia
incidencia.
normal
Rayo
incidente
i
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Rayo
reflejado
r
LEYES FUNDAMENTALES DE LA
REFLEXIÓN:
• El ángulo de incidencia es igual
al de reflexión.
• Los rayos incidentes y
reflejados están en el mismo
plano que la normal (línea
imaginaria perpendicular a la
superficie del rayo)
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2.3.1..- Tipos de reflexión
POR
O LA NATURALEZA
U
DE LA SUPERFICIE:
SU
C
• ESPECULAR. Si un rayo incide sobre una superficie pulida.
• DIFUSA. Si un rayo
y incide sobre una superficie
p
microscópicamente
p
irregular
g
REFLEXIÓN ESPECULAR
REFLEXIÓN DIFUSA
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2.3.1..- Tipos de reflexión
POR EL COLOR DE LA SUPERFICIE:
• ACROMÁTICA. Cuando ninguna longitud de onda es reflejada más que otra. Por
ejemplo: si la luz incidente es blanca y la reflejada también lo es.
• CROMÁTICA. Cuando alguna longitud de onda es reflejada más que otra.
REFLEXIÓN ACROMÁTICA
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REFLEXIÓN CROMÁTICA
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2.4..- Transmisión
Es el fenómeno por el cual la luz puede atravesar objetos no opacos.
•
La transmisión es directa cuando
el haz de luz se desplaza en el
nuevo medio íntegramente y de
forma lineal. A estos medios se
les conoce como transparentes.
•
La transmisión es difusa, si en el
p el rayo
y se
interior del cuerpo
dispersa en varias direcciones, tal
como ocurre en el vidrio opal,
ciertos plásticos, papel vegetal,
etc. A estos materiales se les
denomina translúcidos.
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2.4..- Transmisión
•
Existe un tercer tipo de transmisión: la cromática. Ocurre cuando ciertos
p
o gelatinas
g
coloreadas dejan
j pasar
p
sólo ciertas
materiales,, vidrios,, plásticos
longitudes de onda y absorben otras, como es el caso de los filtros
fotográficos.
Los filtros de color son
materiales translúcidos que
retiene parte de la luz que
incide sobre ellos y dejan
pasar e
pasa
el resto.
esto
Filtro amarillo
Cada filtro deja pasar las
longitudes
g
de onda de su
color y absorbe el resto en
forma de calor
Filtro azul
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2.5..- Refracción
La refracción es un fenómeno que ocurre dentro de la transmisión y es definida
como la desviación de la luz al pasar oblicuamente desde un medio transparente
a otro de densidad distinta.
La explicación de este cambio de trayectoria tiene que ver con la naturaleza
ondulatoria de la luz
•
(izquierda) Cuando la luz
que proviene del aire
atraviesa un cristal pierde
velocidad. El frente de
ondas pierde velocidad
progresivamente al
atravesar oblicuamente
un medio más
á denso.
•
(derecha) El efecto es
parecido al de estar
conduciendo por una
carretera y de repente
entrar en un camino de
arena. Un pavimento
desigual origina cambios
de dirección.
•
(centro) La luz
perpendicular pierde
velocidad sin que se
altere su dirección.
dirección
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2.5..- Refracción
Rayo
incidente
Aire (n)
i
Vidrio (n´)
R
El cambio de dirección de la trayectoria
p
de:
de la luz depende
• Densidad óptica del material
(índice de refracción: n o n
n´))
• La dirección desde la cual incide
(ángulo de incidencia: i)
• La longitud de onda o color de la
luz
Rayo refractado
LEYES FUNDAMENTALES DE LA REFRACCION
REFRACCION:
− La luz se desvía hacia la normal en el medio más denso y viceversa
− Si un rayo incide perpendicularmente sobre una superficie no sufre desviación.
− Ley de Snell:
n x sen (i) = n´
´ x sen (R).
(R)
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2.6..- Dispersión
La dispersión
p
es el distinto g
grado de desviación de la luz, al atravesar oblicuamente
una superficie que separa dos medios de distinto índice de refracción, en función de
su longitud de onda.
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2.7..- La Difracción
En física, la difracción es un fenómeno
característico de las ondas consistente
en la
l dispersión
di
ió y curvado
d aparente
t de
d
las mismas cuando encuentran un
obstáculo.
Imagen de la fuente
luminosa sin los
efectos de la
difracción
Imagen de la fuente
luminosa con los
efectos de la
difracción
Para que se aprecie bien este fenómeno
el tamaño del obstáculo no debe ser
muy superior al tamaño de la longitud
de onda producido por la fuente de luz.
La difracción es un factor limitante en la
calidad de las imágenes producidas por
ocultamiento óptico (estenopéicas). La
difracción producida por una abertura
circular
i l produce
d
lo
l que se llama
ll
un
patrón de interferencia característico, lo
que en la práctica se traduce en que la
imagen obtenida de una fuente de luz
puntual forma una mancha difusa
rodeada de círculos concéntricos de luz
y oscuridad.
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Abertura
circular
Fuente de luz
Fuente de luz
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2.8..- La Polarización
Cuando un foco emite luz, la vibración
electromagnética se produce en todos los planos
perpendiculares a la trayectoria del rayo
luminoso, es decir, no está polarizada.
La luz que vibra en un solo plano se llama luz
p
polarizada.
E ffotografía
En
t
fí
usamos filtros
polarizadores,
entre otras
cosas cuando
cosas,
queremos
evitar
registrar
ciertos
reflejos en la
superficie de
los objetos.
Luz sin polarizar
Luz polarizada
Filtro polarizador
Luz sin polarizar
Luz polarizada
Filtro polarizador
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2.9..- Intensidad y distancia de la luz
Ley del inverso de los cuadrados:
I
D
I/4
2D
I/9
3D
I/16
4D
“
“Cuando
d una superficie
f
está
á
iluminada por un manantial de luz
puntiforme, la intensidad de la
iluminación de la superficie es
inversamente proporcional al cuadrado
de su distancia respecto al foco
luminoso”.
I = iluminación
D = distancia
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2.10..- Sombra y penumbra
Debido a la propagación rectilínea de la luz
podemos decir que un foco de luz puntual
proyecta
p
y
sombras nítidas y bien delimitadas
de un objeto sobre el fondo.
Cuando el tamaño del foco aumenta la
sombra que proyecta sobre el fondo del
sujeto va acompañada de una zona de
penumbra, que se sigue explicando por la
propagación rectilínea de la luz
En la práctica,
práctica ningún foco puede ser
perfectamente puntual, por lo tanto, cualquier
sombra irá acompañada de una zona de
penumbra Cuanto más extenso sea el foco
penumbra.
luminoso en relación con el objeto, mayor
será la zona de penumbra y menor la de
sombra
sombra.
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