Unidad II La Materia y sus transformaciones “La Luz”

Unidad II
La Materia y sus
transformaciones
“La Luz”
Naturaleza de la Luz
La mayor parte de lo que conocemos de nuestro entorno es adquirido mediante sentido de la
vista, de aquí que resulta de mucha importancia el estudio de la naturaleza de la luz, es decir, de
la Óptica, la que tiene por objeto de estudio los fenómenos asociados a la luz .
Las interrogantes que han despertado el interés de los científicos en relación a la luz son:
 
¿ Qué es la Luz?
 
¿Cuál es el mecanismo exacto de su propagación?
La respuesta a estas preguntas aún no tienen una respuesta definitiva en el actual estado de la
ciencia proponiéndose variadas teorías a través del tiempo:
Hacia el siglo VI a.c. los griegos pensaban que la luz era un fluido que emanaba de los cuerpos y
que los ojos eran capaces de captar, idea que con variantes se mantuvo hasta el siglo XVII
cuando el inglés Robert Hoocke estudiando los colores de burbujas y láminas delgadas llegó a la
conclusión de que se trataba de una rapidísima vibración de “algo”.
Naturaleza de la Luz
 
En este mismo periodo el físico, matemático y astrónomo danés Christian Huygens
recoge la idea de Hoocke y propone que la luz es un fenómeno ondulatorio
longitudinal que proviene de la vibración mecánica del “éter” un medio material
perfectamente elástico e imperceptible a través del cual se propagaría.
 
Por su parte , el físico y matemático inglés Isaac newton se opone fuertemente a la
teoría de Huygens suponiendo que el cuerpo emisor de luz produce “partículas o
granos” de luz que se propagan en todas direcciones, en línea recta, con una
velocidad finita que penetran el ojo y chocan con la retina dando origen a la
sensación luminosa. Los diferentes tamaños de estos “granos” darían origen a los
colores que se perciben.
 
Hacia fines del siglo XIX el físico inglés James Maxwell da a conocer su teoría en la
que sostiene que la luz es una perturbación electromagnética
producida por la superposición de los campos eléctrico y magnético
perpendiculares entre sí, perturbaciones que se propagarían en el vacío
Naturaleza de la Luz
sin la necesidad de la existencia
del éter en forma de ondas
transversales con velocidad
constante. Experimentos
realizados durante la época apoyan
esta teoría. Sin embargo la
observación de nuevos fenómenos
como el efecto fotoeléctrico que
consiste en la emisión de
electrones por algunos materiales
cuando sobre su superficie incide
luz u otra radiación de longitud
pequeña hizo cambiar la opinión de
científicos a favor de una teoría
corpuscular.
Naturaleza de la Luz
  El físico alemán Albert Einstein explico este fenómeno suponiendo que la
energía de una radiación luminosa esta dividida en pequeños paquetes o
“cuantos de luz” a los que llamo fotones aceptando una naturaleza
corpuscular de ella.
  No es hasta inicios del siglo XX cuando el físico francés Louis de Broglie
concluye que el concepto de partícula o corpúsculo es inseparable del
concepto de onda, es decir, no existe un fotón sin la compañía de onda,
son ellos quienes transportan la energía, la que será mayor cuanto
mayor sea la onda electromagnética que la acompaña.
Clasificación de los fenómenos ópticos
ÓPTICA
GEOMÉTRICA
FÍSICA
CUÁNTICA
La luz se considera
constituyendo
rayos luminosos
La luz se considera
como un fenómeno
ondulatorio.
Ondas
La luz se considera
como una combinación de
ondas y corpúsculos.
Fotón
Reflexión
Refracción
Dispersión
Difracción
Interferencia
Polarización
Efecto Fotoeléctrico
Clasificación de los cuerpos según la
Óptica
A.  Desde el punto de vista de la emisión de la luz, se los clasifica en:
 
 
Cuerpos luminosos o fuentes primarias
 
Naturales: por ejemplo el Sol
 
Artificiales: en general cuerpos en estado incandescente como el filamento
de ampolletas
Cuerpos iluminados o fuentes secundarias: son los que se hacen visibles al reflejar
en forma total o parcial la luz que reciben, por ejemplo la Luna.
 
Existen cuerpos iluminados que no reflejan la luz sino que la absorben
totalmente, son los cuerpos negros.
Clasificación de los cuerpos según la
Óptica
B. 
Desde el punto de vista de la transmisión de la luz, se los clasifica en:
 
Cuerpos transparentes son los que dejan pasar la luz permitiendo en forma
nítida los cuerpos ubicados detrás de ellos, por ejemplo el aire, el vidrio, etc.
 
Cuerpos translúcidos son los que dejan pasar la luz sin permitir ver los cuerpos
ubicados detrás de ellos, por ejemplo el papel, las telas, etc.
 
Cuerpos opacos son los que no dejan pasar la luz como metales, madera, etc.
Entre los cuerpos opacos existen algunos con la cualidad de reflejar casi la
totalidad de la luz que reciben , son los cuerpos reflectores.
Origen de la luz: Teoría Cuántica
  El modelo atómico de Niels Bohr,
admite la presencia de un núcleo
positivo que contiene,
prácticamente, toda la masa del
átomo, donde se encuentran
presentes los protones y los
neutrones.
  Postula que los electrones giran a
grandes velocidades alrededor del
núcleo atómico en orbitas
circulares, las cuales determinan
diferentes niveles de energía: a
cada órbita le corresponde un
único nivel de energía, es decir, son
cuantizadas.
  Las órbitas más alejadas del núcleo
atómico tienen mayores niveles de
energía.
Origen de la luz: Teoría Cuántica
  El electrón puede acceder a un
nivel de energía superior, para lo
cual necesita "absorber" energía.
Para volver a su nivel de energía
original es necesario que el
electrón emita la energía
absorbida.
  Por lo tanto, siempre que el
electrón se mantenga en la órbita
que le corresponde, no gana ni
pierde energía.
  Si un electrón salta de una órbita a
otra capta o libera energía en
forma de un fotón, que
corresponde a un “cuanto” o
paquete de energía la que viene
dada por la diferencia de energía
entre los orbitales.
El espectro electromagnético
  La luz que percibimos corresponde solo a una pequeña porción de lo que se
denomina ondas electromagnéticas las cuales tienen como origen las
vibraciones periódicas del campo eléctrico y del campo magnético, las que se
propagan perpendicularmente entre sí y que no necesitan de un medio
material de propagación.
El espectro electromagnético
  Existe un amplio rango de ondas
electromagnéticas o espectro las
cuales no pueden ser percibidas
por nuestro sentido de la vista que
va desde las ondas de radio (103
Hz) hasta los rayos gamma (1022
Hz).
  El conjunto de ondas
electromagnéticas que el hombre
es capaz de percibir recibe el
nombre de luz visible que va desde
los 1014 a los 1015 Hz
aproximadamente.
El espectro electromagnético
 
En el extremo menos energético del espectro se encuentran las ondas de radio de unos cuantos
kHz ( 103-108Hz) cuyas longitudes de ondas se encuentran entre 10 a 105 m.
 
Le siguen las ondas microondas( 108-1011 Hz) más energéticas que las de radio utilizadas en
telecomunicaciones.
 
A continuación se encuentran las ondas infrarrojas ( 1011-1014 Hz) las cuales podemos percibir
como calor.
 
Luego se encuentra la luz visible para pasar a las ondas ultravioletas
( 1015-1016 Hz) producidas por cuerpos muy calientes como las estrellas.
 
Los rayos X ( 1017-1019 Hz) utilizados generalmente en medicina por su capacidad de penetrar
materiales densos se encuentran casi al otro extremo del espectro, el que finaliza con los rayos
gamma ( por sobre los 1019 Hz) ) son generados por reacciones nucleares como los que suceden
en las estrellas.