MINISTERIO DE DEFENSA NACIONAL DIRECCIÓN DE BIENESTAR SOCIAL COLEGIO SAN LUIS TALLERES PARA CUARTO PERIODO DOCENTE: LUZ BEATRIZ VARGAS M. GRADO(S): OCTAVOS ASIGNATURA: FISICA TALLER I : LA LUZ: LUZ: OTRO FENÓMENO ONDULATORIO Las características ondulatorias de la luz son las responsales de !en"#enos tan #ara$illosos % di!erentes co#o la percepci"n de los colores& colores& la aparici"n del arco iris en días llu$iosos % los eclipses de sol % de luna' Ade#(s& al)unas $eces la ener)ía transportada por la luz es trans!or#ada para otener otros productos' Tal es el caso de la con$ers con$ersi"n i"n de la luz solar en calor % del proces proceso o de la !otosíntesis !otosíntesis realizado realizado por las planta plantas' s' En *lti#as& la luz es la responsale de +ue ,a%a $ida sore el planeta Tierra
LA ENERGÍA LUMINOSA La $ida en nuestro planeta re+uiere de la ener)ía +ue el -ol irradia en !or#a per#anente' El -ol e#ite radiaciones en todas las direcciones % s"lo una pe+ue.a parte de esta ener)ía es apro$ec,ada por la Tierra en !or#a de luz % calor' /or e0e#plo& para lle$ar a cao ciertos procesos co#o la !otosíntesis % el ciclo del a)ua a) ua'' Es Esttos ti tipo poss de en ener er)í )ía a rec eci ien en el no no# #rre de en ener er)í )ía a lu lu#i #ino nossa % en ener er)í )ía a ca cal" l"ri rica ca'' LA LUZ. UNA FORMA DE ENERGÍA Una de las e1periencias #(s !recuentes relacionadas con la ener)ía lu#inosa es el !en"#eno de la& $isi"n' La luz es una !or#a de ener)ía +ue nos per#ite $er todo lo +ue tene#os a nuestro alrededor& por e0e#plo este liro& tus co#pa.eros % t* #is#o& Al)unas de las características de la luz +ue per#iten la $isi"n son: •
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-e propa)a en todas las direcciones' -e puede refejar en los o0etos 2reota& co#o contra un espe0o3' -e puede rera!"ar# es decir& pasar de un #aterial a otro' La luz al ser una !or#a de ener)ía& ta#i4n puede ,acer ca#iar las propiedades de los cuerpos' Así& una ,o0a lanca de papel e1puesta durante al)*n tie#po a la luz del -ol se $uel$e a#arilla& es decir& ca#ia de color' Dice un Dice una a de la lass le le%e %ess de la !í !ísi sica ca +u +ue e $a e% e%er er&' &'a a % e !* !*%" %"r+ r+,e ,e % e -e -e" "r+ r+,e ,e## % %* * e !or#a&& la ener)ía lu#inosa puede trans!or#arse trans!or#arse en otros tipos de ener)ía' En "ra%*ra. De esta #is#a !or#a las centrales solares& por e0e#plo& la luz del sol se trans!or#a en ener)ía el4ctrica o al)unas $eces en calor' A su $ez& otros tipos de ener)í ener)ía a pueden trans!or#arse trans!or#arse en luz' En el caso de las o#illa o#illas& s& la ener)ía el4ctrica se trans!or#a en ener)ía lu#inosa'
LAS FUENTES LUMINOSAS La luz pro$iene de los cuerpos lla#ados !uentes lu#inosas' -on !uentes lu#inosas todos a+uellos cuerpos capaces de e#itir luz' Dependiendo de la naturaleza % de la #anera co#o e#ita la luz& e1isten los si)uientes tipos de !uentes lu#inosas'
Fuentes Fu entes lu#inos lu#inosas as %a"+ra$e# co# co#o o la lass es estr trel ella las& s& el !u !ue)o e)o&& los ra% ra%os os % al al)u )unos nos or or)a )anis nis#o #oss iolu#iniscentes co#o las luci4rna)as' Fuentes lu#inosas ar"/!a$e# co#o los o#illos % los tuos 5uorescentes' Fuentes lu#inosas 0+%"+a$e de luz +ue e#iten un ,az de luz #u% estrec,o& co#o los ra%os l(ser' Fuentes Fu entes lu#inos lu#inosas as e1"e%a de luz& las cuales e#iten #uc,os ra%os de luz& por e0e#plo& una linterna o el -ol'
LA PROPAGACIÓN DE LA LUZ -e)*n per#itan o no la propa)aci"n de la luz& los cuerpos pueden ser transparentes& transl*cidos % opacos' o
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-on cuerpos "ra%0are%"e a+uellos +ue de0an pasar la luz % per#it per#iten en $er con nitidez los cuerpos +ue ,a% detr(s de ellos' -on cuerpos "ra%$2!-* a+uellos +ue de0an pasar la luz& pero %* per#iten $er con nitidez los cuerpos +ue ,a% detr(s de ellos'
o
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-on cuerpos *0a!* a+uellos +ue no de0an pasar la luz' La propa)aci"n de la luz tiene las si)uientes características: La $+3 e 0r*0a&a e% $'%ea re!"a. Así& la luz +ue recii#os del -ol se desplaza en línea recta desde 4l ,asta la Tierra' La $+3 e 0r*0a&a e% "*-a $a -re!!*%e. /or eso la luz producida por una l(#para ilu#ina toda la ,aitaci"n en la +ue se encuentra' La 4e$*!-a- de la luz& aun+ue sie#pre es #u% alta& depende del #edio a tra$4s del +ue se propa)ue' propa) ue' Es así co#o en el aire % en el $acío& la luz $ia0a a 677'777 8il"#etros 8il"#etros por se)undo& #ientras #ientras +ue en el $idrio& por e0e#plo& esta $elocidad se $e reducida a 977'777 8il"#etros por se)undo& es decir& apro1i#ada#ente 96 de su $elocidad de propa)aci"n en el $acío' La $+3 %* %e!e"a -e +% e-* -e 0r*0a&a!5% Es por eso +ue pode#os $er estrellas % )ala1ias le0anas a pesar del espacio $acío +ue tiene +ue atra$esar'
LA DISTANCIA A LAS ESTRELLAS ;-aías +ue cuando est(s oser$ando las estrellas en el cielo& est(s& $iendo c"#o era esa estrella ,ace #uc,os a.os atr(s< =uando un astr"no#o oser$a un planeta le0ano con a%uda de un telescopio& no lo est( oser$ando en el #o#ento real sino en al)*n #o#ento pasado' La raz"n de esto es +ue la& $elocidad de la luz tiene un $alor >nito % de>nido' De esta #anera& los ra%os procedentes de una estrella le0ana tardan a.os en lle)ar a la Tierra' La distancia entre los astros se #ide en una unidad lla#ada a.o?luz' Un a.o?luz corresponde a la distancia +ue recurre la luz en un a.o' La luz& $ia0a a 677'777 8#s& entonces un a.o?luz e+ui$ale a @& illones de 8il"#etros apro1i#ada#ente'
TEORÍAS PARA E6PLICAR LA NATURALEZA DE LA LUZ La deter#inaci"n de la naturaleza de la luz es uno de los prole#as +ue #(s ,a interesado a los !ísicos a tra$4s de la ,istoria de la ciencia'
EVOLUCIÓN DE LAS TEORÍAS SOBRE LA NATURALEZA DE LA LUZ En la anti)Bedad& los )rie)os creían +ue la luz estaa !or#ada por pe+ue.os corp*sculos e#itidos por los o0etos' Ellos decían +ue cuando entraan estos corp*sculos en los o0os se daa el !en"#eno de la $isi"n' Esta era la #is#a concepci"n +ue tenía Isaac NeCton& +uien decía +ue la luz al ser de naturaleza corpuscular es decir& co#puesta por partículas& se re5e0aa al c,ocar contra los cuerpos opacos % se re!ractaa al c,ocar contra los cuerpos transl*cidos' M(s adelante el cientí>co dan4s =,ristian u%)ens e1plic" estos #is#os !en"#eno !en" #enoss per pero o des desde de una con concepc cepci"n i"n ond ondulat ulatori oria a de la luz' /o /oste sterior rior#ent #ente& e& nue$ nue$os os e1 e1peri peri#ent #entos os % descuri#ientos proporcionaron #(s e$idencias e1peri#entales +ue corrooraan la naturaleza undulatoria de la luz' Final inal#ent #ente e Ma1 Ma1Cel Cell& l& en G G&& rea realiz liz" " la de#o de#ostr straci" aci"n n de>n de>niti$ iti$a a de +ue la luz e1,iía e1,iía cara caracte cterís rística ticass ondulatorias' El a>r#" +ue la luz era una onda electro#a)n4tica de alta !recuencia % por esta raz"n podía propa)arse en el $aci"' Despu4s de esto& se si)uier si)uieron on realizando e1peri#entos e1peri#entos +ue inda)aan sore la naturaleza de la luz % todas las o ose ser$ r$aci acione oness enc enca0 a0aa aan n den dentr tro o de la te teorí oría a on ondul dulat atori oria a de la luz luz'' Es Esto to co cont ntinu inu" " as asíí ,a ,ast sta a el descuri#iento del e!ecto !otoel4ctrico realizado por ertz' El e!ecto !otoel4ctrico consiste en la e#isi"n de electrones por una super>cie #et(lica e1puesta a la luz' Las características de este !en"#eno corresponden a un !en"#eno corpuscular La e1plicaci"n de este !en"#eno la ,izo el !ísico ale#(n& Alert Einstein'
LA NATURALEZA REAL DE LA LUZ Deido a todas estas e$idencias e1peri#entales& Einstein consider" +ue la luz tiene una naturaleza dual' Esto +uiere decir +ue en al)unas ocasiones la luz se co#porta co#o una partícula % otras $eces se co#porta ca#a una onda'
La luz se co#porta co#o una *%-a cuando se propa)a& es decir se re5e0a& se re!racta % tiene inter!erencia de la #is#a #anera +ue lo ,acen las ondas sonoras' La luz se co#porta co#o un !*r02!+$* en la #anera de transportar transportar ener)ía' La ener)ía de la luz la con!or#an pe+ue.ísi#os corp*sculos lla#ados !otones'
LA LUZ VISIBLE 7 LOS COLORES El -ol % las estrellas producen radiaciones electro#a)n4ticas +ue $ia0an a una $elocidad de 677'777 8#s' Estas radiaciones& se)*n la lon)itud de onda +ue ten)an& se pueden clasi>car co#o: ondas de radio& radiaciones in!rarro0as 2+ue nosotros ta#i4n deno#ina#os calor3& luz $isile& radiaci"n ultra$ioleta& ra%os 1& ra%os )a##a % ra%os c"s#icos' El con0unto de estas radiaciones constitu%e el e0e!"r* e$e!"r*a&%8"!*. La porci"n de las radiaciones +ue e#ite el -ol& es decir& del espectro electro#a)n4tico& +ue nosotros pode#os $er est( co#prendida en la !ran0a +ue deno#ina#os $+3 49$e * $+3 9$a%!a. Esta #ezcla de radiaciones puede desco#ponerse en siete colores !unda#entales' Esto puede co#proarse cuando la luz atra$iesa un pris#a de cristal o )otas de a)ua& en este *lti#o caso se produce la !or#aci"n del arco iris' La desco#posici"n de la luz lanca se conoce co#o dispersi"n de la luz' Los siete colores !unda#entales& en orden creciente de lon)itud de onda& son: $ioleta& índi)o& azul& $erde& a#arillo& anaran0ado % ro0o' La raz"n de este !en"#eno se e1plicar( con detalle en el si)uiente te#a' Los colores +ue tienen las cosas +ue oser$a#os se dee al si)uiente ,ec,o: cuando la luz lanca lle)a a una super>cie& esta super>cie asore todas las radiaciones de la luz lanca #enos una o $arias +ue son re5e0adas' -e)*n la lon)itud de onda de estas radiaciones se oser$ar( dic,a super>cie de uno u otro color' Así& los cuerpos ne)ros asoren toda la radiaci"n % no re5e0an nin)una& los cuerpos lancos re5e0an todo el espectro de luz lanca %& por e0e#plo& los o0etos +ue oser$a#os de color ro0o re5e0an las ondas cu%a lon)itud de onda corresponde al color ro0o #ientras asoren el resto'
LA VELOCIDAD DE LA LUZ La $elocidad de la luz es tan alta& +ue durante #uc,os a.os !ue i#posile conocer su $alor preciso ,asta ,asta el per!ecciona#iento de las t4cnicas para su #edici"n'
LAS MEDICIONES DE GALILEO Halileo !ue el pri#ero en dise.ar un #4todo para deter#inar la $elocidad de la luz' -u #4todo consisti" consisti" en colocar colo car dos pers personas onas !rente !rente a !re !rente nte&& dura durante nte la noc noc,e& ,e& separadas separadas una de otr otra a por una dist distanci ancia a de apro1i#ada#ente 8# Este e1peri#ento se desarrollaa así: Halileo descuría su linterna % la luz lle)aa a su a%udante' Entonces el a%udante destapaa su linterna& cu%a luz deería ser reciida por Halileo' Trataron de #edir el tie#po transcurrido desde +ue Halileo descuría su linterna ,asta +ue reciía la luz pro$eniente de la linterna del a%udante' En principio& el #4todo era adecuado& pero e1peri#ental#ente !allaa %a +ue el tie#po +ue la luz tardaa en recorrer esa distancia era #u% pe+ue.o co#parado con el tie#po de reacci"n de los oser$adores'
LA ASTRONOMÍA 7 LA VELOCIDAD DE LA LUZ La pri#era #edici"n e1itosa de la $elocidad de la luz !ue ,ec,a en G& por el astr"no#o dan4s Ola! Roe#er /ara lo)rar esto& realiz" oser$aciones #inuciosas de lo +ue sucedía con una de las lunas de J*piter: Io' /ara #edir el período de rotaci"n de Io& utiliz" el tie#po +ue tardaan en darse dos eclipses de ese astro' Es decir #edía el tie#po +ue transcur transcurría ría entre dos $eces consecuti$as +ue Io se ocultara detr(s de J*piter J*piter'' Roe#er encontr" +ue este período era #(s lar)o cuando la Tierra& en su #o$i#iento alrededor del -ol& se encontraa #(s le0os de J*piter +ue cuando se encontraa #(s cerca' La conclusi"n de esto era +ue la di!erencia de tie#pos correspondía al #a%or tie#po +ue tardaa en Lle)ar la se.al lu#inosa desde J*piter %a +ue tenía +ue recorrer ade#(s la distancia correspondiente al di(#etro de
la "rita terrestre' De esta #anera se co#pro" por pri#era $ez +ue la $elocidad de la luz era >nita' El $alor encontrado por Roe#er de esta #anera !ue de 967'777 8#s'
EL MTODO DE FIZEAU En K@& Luis Fizeau& un !ísico !ranc4s& !ue el pri#ero en deter#inar la $elocidad de la luz por un #4todo +ue no estaa relacionado con la astrono#ía' -u #4todo consistía en #edir el inter$alo de tie#po +ue tardaa la luz en $ia0ar desde al)*n punto ,asta un espe0o % re)resar' /ara ello& utiliz" una rueda dentada 'usc" la $elocidad de )iro de la rueda +ue era necesaria para +ue un ra%o de luz pasara por una aertura& % al re5e0arse& pasara por la si)uiente' De esta #anera deter#in" +ue la $elocidad de la luz era de 67'777 8#s' Nue$as #ediciones se ,icieron tras per!eccionar este #4todo& con lo +ue se otu$o un $alor de la $elocidad de la luz de 9@@' @@ 8#s'
Ta$$er -e $e!"+ra ;: ' ;De ;D e +u4 +u4 son son res respo pons nsa ale less las las car carac acte terí ríst stic icas as ond ondul ulat ator oria iass de la luz luz<< 9' ;En ;E n +u4 +u4 !or or#a #a de en ener er)í )ía a es es tra tran ns! s!or or#a #ada da la lu luzz sol solar ar<< 6' El plan planet eta a apro apro$ec $ec,a ,a la la ener) ener)ía ía sol solar ar en !or !or#a #a de luz luz % cal calor or'' De dos dos e0e# e0e#pl plos os de de proce proceso soss natur natural ales es +ue utilicen estas !or#as de ener)ía' K' ;u4 es la luz< ' ;=u( ;= u(le less son son la lass car carac acte terí ríst stic icas as de la lu luzz +ue +ue pe per# r#it iten en la $i $isi si"n "n<< G' ;/or ;/ or +u4 la luz pue puede de ca# ca#ia iarr las las pr prop opied iedade adess de lo loss cuer cuerpo pos< s< De un e0e e0e#pl #plo o ' La ene ener) r)ía ía lu#in lu#inos osa a puede puede tran trans! s!or or#ar #arse se en otr otros os tipo tiposs de ener ener)ía )ía'' Escri Escria a tres tres e0e# e0e#plo ploss de est estas as trans!or#aciones ' ;De donde pro$iene la luz< @' ;u4 so son !u !uentes lu lu#inosas< 7'' 7 De>n De >na a los los tr tres es tip ipos os de !u !uen ente tess lu# lu#in inos osas as '' ;u4 ; u4 son son cue cuerp rpos os tra trans nspa pare rent ntes es&& tran transl sl*c *cid idos os % opa opaco cos< s< 9' De>na De >na las cua cuatr tro o cara caracte cterí ríst stic icas as +ue +ue tie tiene ne la la prop propa) a)aci aci"n "n de la la luz luz 6'' 6 ;=u( ;= u(ll es es la la $el $eloc ocid idad ad de la lu luzz en en el el $ac $acío ío<< K' ;En +u4 unid unidade adess se #ide la dist distanci ancia a entr entre e los los astr astros< os< ;A +u4 +u4 corr correspo esponde nde est esta a unidad unidad<< ;A cuan cuantos tos 8il"#etros e+ui$ale apro1i#ada#ente< ' -e)*n -e )*n lo loss )rie )rie)os )os&& ;="# ;="#o o esta estaa a !or !or#a #ada da la la luz< luz< ;="# ;="#o o era era posi posile le la $is $isi" i"n< n< G'' G ;=u( ;= u(le less er eran an los plant plantea ea#i #ien ento toss de Isaac Isaac NeCto NeCton& n& c,ris c,risti tian an u%)e u%)ens ns&& % Ma Ma1C 1Cel ell& l& !ren !rente te a la concepci"n de la luz< '' ;En ;E n +u4 +u4 co cons nsis iste te el e! e!ec ecto to !ot otoe oel4 l4ct ctri rico co<< '' ;=u( ;= u(ll es es el el plan plante tea# a#ie ient nto o de Ei Eins nste tein in ace acerc rca a de la luz luz<< @' ;=u( ;= u(ndo ndo se co# co#po port rta a la luz luz co#o co#o una on onda da % cu(n cu(ndo do lo lo ,ace ,ace co#o co#o un cor corp*s p*scu culo lo<< 97' ;u4 tip tipo o de radi radiacio aciones nes pro produce ducen n el sol % las las estre estrellas llas % a +u4 +u4 $eloc $elocidad idad $ia $ia0an 0an esas esas rad radiac iacione iones< s< 9' ;="# ;= "#o o se clas clasi> i>can can las las radia radiaci cione oness electr electro#a o#a)n4 )n4ti ticas cas&& se)* se)*n n su lon)i lon)itu tud d de onda onda<< 99' ;u4 ; u4 no# no#r re e reci recie e el el con0 con0unt unto o de de rad radia iacio ciones nes el elec ectr tro# o#a) a)n4t n4tica icas< s< 96' ;u4 es la luz luz $isi $isile le o luz luz lanca lanca<< ;="#o ;="#o pue puede de desco desco#pon #poners erse e esta esta #ezc #ezcla la de de radiac radiacione iones< s< 9K'' 9K ;=on ;= on +u4 +u4 no no# #rre se cono conoce ce la de dessco co#p #po osi sici ci"n "n de la luz luz l lan anca ca<< ;= ;=u( u(le less so son n lo loss co colo lorres !unda#entales +ue se !or#an< 9' ;A +u4 ,e ,ec,o c,o se de deen en los co color lores es +u +ue e os oser er$a $a#os #os<< De De e0e e0e#pl #plos os 9G' Desc De scri ria a re$ re$e# e#ent ente e los #4to #4todos dos usa usado doss por Hali Halileo leo&& Ola! Ola! Roe# Roe#er er % Luis Luis Fize Fizeau& au& para para #edir #edir la $elocidad de la luz'
MINI-TERIO DE DEFEN-A NA=IONAL NA=IONAL DIRE==IÓN DE IENE-TAR -O=IAL =OLEHIO -AN LUI- TALLERE- /ARA /ARA =UARTO /ERIODO DO=ENTE: LUZ EATRIZ ARHA- M' HRADO2-3: O=TAOO=TAO- A-IHNATURA: FI-I=A
TALLER II: Refexión de la luz (espejos)
Entre las propiedades de las ondas est(n: re5e1i"n& re!racci"n& di!racci"n& polarizaci"n e inter!erencia' La refe15% consiste refe15% consiste en la capacidad +ue tienen las ondas de c,ocar contra un ost(culo % reotar de la #is#a !or#a en +ue reota una pelota lanzada contra una pared' Todos ,e#os $isto nuestra Todos nuestra i#a)en en un espe0o& ,e#os tenido tenido la oportunidad de des$iar ra%os ra%os de luz con un espe0o % ,e#os sido testi)os del !en"#eno sonoro conocido co#o eco' Estos son los e0e#plos #(s co#unes de re5e1i"n' -in e#ar)o& esta propiedad de las ondas tiene #*ltiples aplicaciones' aplicaciones' La radio di!usi"n& por e0e#plo& es posile )racias a +ue las ondas de radio de a0a !recuencia& c,ocan sucesi$a#ente entre la tierra % la at#"s!era& desplaz(ndose así de un lado a otro' Lo #is#o ocurre con las co#unicaciones $ía sat4lite& en las cuales& las ondas son re5e0adas por estos aparatos la re5e1i"n de ondas de radio de #a%or !recuencia ,acen posile el !unciona#iento de radares& sonares& torna$oces % aparatos para eco)ra!ías entre otros' La re5e1i"n de las ondas electro#a)n4ticas tiene aplicaci"n aplicaci"n en aparatos de ra%os P& ra%os l(ser % ra%os )a##a& ta#i4n per#iten el !unciona#iento de tele$isores& >ra "ptica& ,ornos #icro? ondas % aparatos de )raaci"n % reproducci" reproducci"n n de $ideo % sonido di)ital& co#o =Ds % DDs etc' En la naturaleza& al)unos or)anis#os tienen la capacidad de apro$ec,ar la re5e1i"n del sonido para orientarse' A este !en"#eno se le lla#a eco?localizaci"n eco?localizaci"n % es propio de #urci4la)os % cet(ceos co#o las allenas' Refe15% -e $a $+3
E0ej*
Los espe0os son instru#entos "pticos !or#ados por super>cies lisas +ue producen re5e1i"n especular'' -e clasi>can en espe0os planos 2co#o los +ue se usan en casa3 % espe0os es!4ricos 2los especular #(s conocidos se usan para se)uridad en estaleci#ientos co#erciales co#erciales % carros )randes3' Los espe0os es!4ricos son cas+uetes de es!era de radio R' Entre los espe0os es!4ricos est(n los c"nca$os& con la super>cie re5ectora en la cara interior % los espe0os con$e1os& con$e1os& con la super>cie re5ectora en la cara e1terior' En el an(lisis de los espe0os dee tenerse en cuenta los ele#entos de>nidos en la tala & 0unto con las !"r#ulas para su c(lculo' Ade#(s& cada ele#ento ad+uiere di$ersas propiedades en cada tipo de espe0o' Las si)uientes !"r#ulas relacionan #ate#(tica#ente dic,os ele#entos'
Nota: de estas !"r#ulas se deducen las +ue se #uestran en la si)uiente tala' Tabla 1 Elementos de los espejos y fórmulas para calcularlos. E$ee%" *
-e/%!5%
/
Distancia entre el espe0o % el o0eto: -ie#pre tiene si)no positi$o
Distancia entre el espe0o % la i#a)en: Es positi$a *nica#ente en espe0os c"nca$os& para i#()enes reales'
F5r+$a 0ara + !<$!+$*
+Qp
R
Radio de cur$atura: /ositi$o en espe0os c"nca$os' Ne)ati$o en espe0os con$e1 con$e1os os
'
F
Foco: /unto donde se !or#a la i#a)en' Es positi$o *nica#ente en espe0os c"nca$os& para i#()enes reales'
'
Au#ento de la i#a)en en relaci"n al o0eto'
I
Ia&e%: puede ser: Ia&e%: puede Rea$ si Rea$ si se !or#a delante del espe0o' Vr"+a$ si Vr"+a$ si se !or#a detr(s del espe0o' I%4er"-a si I%4er"-a si est( en direcci"n opuesta al o0eto' Dere!=a si Dere!=a si est( en la #is#a direcci"n del o0eto
RQ9!
Otras !"r#ulas +ue es posile deducir son:
Nota: Al utilizar estas *lti#as !"r#ulas& es necesario tener en cuenta +ue & es el $alor asoluto de + sore p& de #anera +ue dee considerarse las posiilidades& +ue + sea positi$a o ne)ati$a' /ara ello analice los si)nos de ! % R así: -i R % ! son positi$os& entonces + % son positi$as' -i ! o R son ne)ati$os& entonces + % ser(n ne)ati$as' Ta$$er -e $e!"+ra : ' 9' 6' K' ' G' ' ' @' 7'' 7 ' 9'' 9 6' K'' K '
;=u =u( (le less so son n la lass pr pro opi pie eda dade dess de las on onda das< s< ;en ;e n +u4 +u4 cons nsiist ste e la re5 e5e e1i" i"n n de de la lass on onda das< s< ;=u( ;= u(le less son son lo loss e0e e0e#p #plo loss #(s #(s co co#u #une ness de de la la re5 re5e1 e1i" i"n n de de las las on onda das< s< ;="# ;= "#o o es es posi posil le e la la radi radio?d o?di! i!us usi" i"n n % las las co co#u #uni nica caci cion ones es $ía $ía sa sat4 t4li lite te<< No# No #re re K apl aplic icac acio ione ness de de la la re5 re5e1 e1i" i"n n de de ond ondas as de ra radi dio o No# No #re re apl aplic icac acio ione ness de de la la re5 re5e1 e1i" i"n n de de ond ondas as el elec ectr tro# o#a) a)n4 n4ti tica cass ;u4 ; u4 es ec eco? o?lo loca cali liza zaci ci"n "n<< ;u ;u4 4 or) or)an anis is#o #oss la la pos posee een< n< =opi =o pie e con con su des descr crip ipci ci"n "n&& el es es+ue +ue#a #a de de las las clas clases es de de re5e re5e1i 1i"n "n % sus sus ele ele#e #ento ntoss ;u u4 4 so son n los los es esp pe0 e0os os<< ;= ;="# "#o o se clasi si>c >can an<< =opi =o pie e con con su su desc descri ripc pci" i"n& n& el el es+ es+ue ue#a #a de de los los es espe pe0o 0oss plan planos os ;u4 so son es espe0os es es!4ric ico os< =opie =op ie con con su desc descrip ripci ci"n& "n& el el es+ue es+ue#a #a +ue +ue #uestr #uestra a los ele ele#en #entos tos de de los esp espe0 e0os os es!4r es!4rico icoss ;u4 es un espe0o c"nca$o< =opi =o pie e con con su des descr crip ipci ci"n "n&& el es es+ue +ue#a #a de de los los espe espe0o 0oss c"nc c"nca$ a$os os ;u4 es un espe0o con$e1o<
G' G' '' '' @'' @ 97'' 97 a' ' c' d' e' !' 9'' 9
=opie =opi e con con su des descr crip ipci ci"n "n&& el es+ es+ue ue#a #a de de los los espe espe0o 0oss con$ con$e1 e1os os =opie =op ie las las !"r# !"r#ula ulass +ue re relac lacion ionan an #ate #ate#(t #(tica ica#en #ente te los los ele#e ele#ento ntoss de los los espe espe0os 0os'' =opi =o pie e la la ta tala la : el ele# e#en ento toss de de los los es espe pe0o 0oss =opie =op ie las las !"r# !"r#ula ulass +ue +ue apare aparecen cen a0 a0o o la ta tala la & & % la la nota nota +ue +ue las las aco aco#pa #pa.a' .a' Escri Esc ria a la !" !"r#u r#ula la +ue +ue util utiliza izaría ría en cada cada una de las las si) si)uie uiente ntess situa situacio ciones nes:: =alcular p& conociendo ! % + =alcular +& conociendo R % p =alcular R& conociendo ! =alcular !& conociendo p % + =alcular p& conociendo % + =alcular & conociendo + % ! ;u4 ;u 4 !"r#u !"r#ulas las&& o +ue +ue proce procedi# di#ien iento to util utiliza izaría ría par para a calcu calcular lar & cono conoci ciend endo o R % p< p<
MINI-TERIO DE DEFEN-A NA=IONAL DIRE==IÓN DE IENE-TAR -O=IAL =OLEHIO -AN LUI- TALLERE- /ARA =UARTO /ERIODO DO=ENTE: LUZ EATRIZ ARHA- M' HRADO2-3: O=TAO- A-IHNATURA: FI-I=A TALLER III: Reracción
Re!racci"n es el ca#io de $elocidad % direcci"n +ue e1peri#enta una onda +ue pasa Re!racci"n olicua#ente de un #edio a otro de di!erente densidad' La onda +ue pasa de un #edio a otro& se lla#a onda incidente % la onda +ue se desplaza en el se)undo #edio es lla#ada onda re!ractada' 2ea la >)ura3 Los (n)ulos& tanto de la onda incidente co#o de la onda re!ractada& se #iden con relaci"n a la línea nor#al'
Las propiedades de la re!racci"n de la luz& por e0e#plo& tienen aplicaci"n en la !aricaci"n de lentes para )a!as& telescopios& #icroscopios& #icroscopios& lupas& c(#aras !oto)r(>cas % de $ideo& % en el an(lisis de espectros de e#isi"n co#o el arco iris& así co#o de los espectros de asorci"n& utilizados en el estudio de la estructura de los (to#os % de la co#posici" co#posici"n n +uí#ica de los cuerpos celestes& entre otros' El an(lisis de esta propiedad& se realiza con ase en la le% de -nell& la cual dice +ue la relaci"n entre el seno del (n)ulo de la onda incidente % el seno del (n)ulo de la onda re!ractada es constante' A esa constante se le lla#a índice de re!racci"n % se representa con la letra n' #ate#(tica#ente& la le% de -nell se escrie co#o: =o#o la $elocidad de la onda al pasar de un #edio a otro $aría en relaci"n con los (n)ulos& ta#i4n puede decirse +ue I)ualando las dos ecuaciones se tiene +ue =uando no se especi>ca el $alor de la $elocidad en el pri#er #edio& $ corresponde a la $elocidad de la luz en el $acío 267 #se)3 =ada sustancia transparente& tiene un índice de re!racci"n +ue la identi>ca' Tabla 1. Índice de refracción de algunas sustancias S+"a%!a
Í%-!e -e rera!!5%
ielo
'6
-al de cocina
'K
=uarzo
'K
=irconio
'@9
Dia#ante
9'K9
Alco,ol etílico
'6G
A)ua
'66
Tetra Tetra clorato de carono
'KG
Hlicerina
'K
isul!uro de carono
'G6 Tabla 2. Resumen de fórmulas
F5r+$a 9<!a
F5r+$a -e-+!9$e
aciendo uso de las !"r#ulas anteriores& se pueden desarrollar e0ercicios co#o los si)uientes: Eje0$* > =alcular > =alcular el índice de re!racci"n de un $idrio& si se sae +ue la luz $ia0a a tra$4s de este& a raz"n de 9 7 #se)' S*$+!5%: los S*$+!5%: los datos son: nQ< $ Q 6 7 #se) 2se to#a este $alor& cuando $& no es especi>cado en el e0ercicio3 $9 Q 9 7 #se) La !"r#ula +ue per#ite calcular n conociendo $ % $9 es:
se ree#plazan los $alores % se realizan las operaciones:
Re0+e"a: El Re0+e"a: El índice de re!racci"n del $idrio es ' Eje0$* ?: =alcule ?: =alcule la $elocidad de la luz en el a)ua' S*$+!5%: la S*$+!5%: la tala & su#inistra el índice de re!racci"n del a)ua n Q '66 $ Q 6 7 #se) 2se to#a este $alor& cuando $& no es especi>cado en el e0ercicio3 $9 Q < La !"r#ula +ue per#ite calcular $9 conociendo n % $& es:
se reeplazan los $alores % se realizan las operaciones
Re0+e"a: La Re0+e"a: La $elocidad de la luz en el a)ua es 9'97 #se) Ta$$er -e $e!"+ra : ' 9' 6' K' ' G' ' '
;u4 es re!racci"n< ;u u4 4 es es una una ond nda a inc incid iden ente te % una una ond nda a re re!r !rac acta tada da<< =opi =o pie e el el es+ es+ue ue#a #a +u +ue e rep repre rese sent nta a los los el ele# e#en ento toss de de la la re! re!ra racc cci" i"n n ;="#o se se ap aplica la la re re!ra raccci"n de de la la lu luz< ;u4 ; u4 di dice ce la le le% % de -n -nel ell< l< ;=" ;="#o #o se lla lla#a #a la co cons nsta tant nte e de la +u +ue e ,al ,ala a la la le% le%<< =op opiie la la ta tal la a & & con con los índ ndic ices es de re! e!ra raccci" i"n n =op opiie la la ta tal la a 9 co con el el re resu su# #en de !" !"rr#u #ullas as'' =opi =o pie e los los e0 e0e# e#pl plos os % 9& co con n sus sus e1 e1pl plic icac acio iones nes % pro proce cedi di#i #ien ento toss
@' =uando =ua ndo en los e0e e0erc rcici icios& os& no se esp especi eci>ca >ca el $a $alor lor de la $e $eloc locida idad d en en el el pri# pri#er er #ed #edio io 2$3& ;u4 $alor de $elocidad se utiliza se)*n la le% de -nell< 7'' 7 Res esue uel$ l$a a lo loss si si)u )uie ient ntes es e0 e0er erci cici cios os:: a' =alcule la $elocidad de la luz cuando se propa)a a tra$4s del ,ielo ' =alcule el índice de re!racci"n de de una sustancia en la cual la luz $ia0a a una $elocidad de 'G9 'G97 7 #se)' -e)*n la tala ;u4 sustancia podría ser< c' Una onda lu#inosa +ue se desplaza en el aire& entra en una sustancia cu%o índice de re!racci"n es '6G % ad+uiere una $elocidad de 9'97G7 #se)' ;=u(l era la $elocidad de esa onda lu#inosa en el aire< d' Una onda lu#inosa c,oca contra la super>cie de un lente con un (n)ulo cu%o seno es 7'' -i la $elocidad de la luz a tra$4s del lente es de 97 #se)& ;=u(l es el seno del (n)ulo de la onda re!ractada< e' Un ra%o de luz pasa del aire a una sustancia con un (n)ulo incidente cu%o seno es 7'' -i el seno del (n)ulo del ra%o re!ractado es 7'6K9K& ;=u(l es el índice de re!racci" re!racci"n n de la sustancia< -e)*n la tala ;De +u4 sustancia podría tratar<
MINI-TERIO DE DEFEN-A NA=IONAL DIRE==IÓN DE IENE-TAR -O=IAL =OLEHIO -AN LUI- TALLERE- /ARA =UARTO /ERIODO DO=ENTE: LUZ EATRIZ ARHA- M' HRADO2-3: O=TAO- A-IHNATURA: FI-I=A TALLER TALLER I: I:Le%"e Los lentes son #edios s"lidos transparentes li#itados por caras cur$as +ue )eneral#ente son es!4ricas' -us posiles !or#as per#iten clasi>carlos co#o lentes con$er)entes o di$er)entes' En la si)uiente tala se #uestran al)unas de sus propiedades' Pr*0e-a-e -e $* $e%"e Le%"e !*%4er&e%"e
Le%"e -4er&e%"e
Tienen los ordes ordes #(s >nos +ue la parte central
Tienen los los ordes #(s )ruesos +ue la parte parte central
Los ra%os de luz +ue atra$iesan el lente con$er)en en un punto lla#ado !oco' Allí se !or#a la i#a)en' El !oco principal es real' 2positi$o3
Los ra%os de luz +ue atra$iesan el lente se dispersan' La i#a)en se !or#a donde con$er)en las prolon)aciones de los ra%os dispersos' El !oco principal es $irtual' 2ne)ati$o3
-e)*n la !or#a de sus caras pueden ser icon$e1os& icon$e1 os& plano?con$e1os o c"nca$o? con$e1os
-e)*n la !or#a de sus caras pueden ser ic"nca$os& plano?c"nca$os o con$e1 con$e1o?c"nca$os' o?c"nca$os'
For#an i#()enes reales& reales& si p S ! o $irtuales& si p !'
For#an i#()enes $irtuales sie#pre'
En los lentes& la distancia !ocal es i#portante por+ue caracteriza su potencia' Es decir& su utilidad' Dic,a potencia es el in$erso de la distancia !ocal % se #ide en dioptrías' Mate#(tica#ente la potencia potencia se calcula aplicando UNA !"r#ula AERIHUALA AERIHUALA
Donde R es el radio de la cara incidente& R9 es el radio de la cara de e#er)encia& n es el índice de re!racci"n del #aterial del cual est( ,ec,o el lente % n es el índice de re!racci"n del aire 23& o del #edio en el cual est4 su#er)ido el lente' De otra parte& los lentes responden a las #is#as !"r#ulas de los espe0os es!4ricos' Ade#(s& Ade#(s& p sie#pre es positi$o& si + es positi$o la i#a)en es real& si + es ne)ati$o la i#a)en es $irtual& en lentes con$er)entes ! es positi$o % en lentes di$er)entes ! es ne)ati$o& el radio de las caras c"nca$as ser( ne)ati$o& #ientras el radio de las caras con$e1as ser( positi$o' De la !"r#ula de la potencia& se pueden otener e1presiones para calcular los radios del lente % el índice de re!racci"n del #aterial del cual est( ,ec,o' Utilice#os estas !"r#ulas para desarrollar un e0ercicio co#o e0e#plo: =alcular la potencia de un lente de $idrio con índice de re!racci"n '& si sus radios de cur$atura son 97 c# % 99 c#' Da"*: R Q 97 c# Q 7'9 # 2Recuerde +ue para pasar una cantidad de centí#etros a #etros& se di$ide entre cien'3 R9 Q 99 c# Q 7'99 # n Q ' n Q ! Q < /ara calcular la potencia del lente& se escrie la !"r#ula& se ree#plazan los $alores % se realizan las operaciones' Ta$$er -e $e!"+ra '
;u4 es un lente<
S*$+!5% ;=ÓMO LO ARIA-<
9' ;="#o se clasi>can los lentes< 6' =opi =o pie e la la ta tala la +u +ue e res resu# u#e e las las pr prop opie ieda dade dess de de los los le lent ntes es K' =opie =op ie co con n sus sus des descri cripci pcione ones& s& los es+ es+ue# ue#as as +ue #ue #uestr stran an las re repre presen sentac tacio iones nes de los lentes ' ;/or ;/ or +u +u4 4 es es i#p i#por orta tant nte e la la dis dista tanc ncia ia !o !oca call en en un un len lente te<< G' ;En +u +ue e uni unida dade dess se se #i #ide la po pote tenc nciia de de un un len lente te<< ' Rel elac acio ione ne con con una una líne línea a una una a>r# a>r#ac aci" i"n n de la la colu colu#n #na a iz+u iz+uie ierd rda a con con un ele ele#e #ent nto o del del lente en la colu#na derec,a: -ie#pre tiene si)no positi$o
+
/ositi$o si la i#a)en es real o ne)ati$o si la i#a)en es $irtual
R
/ositi siti$ $o en lentes ntes con$ on$er)e er)ent ntes es % ne)a ne)ati ti$ $o en lent lente es di$ di$er)e er)ent nte es
!
Ne)ati$o en caras c"nca$as % positi$o en caras con$e1as
p
' =op opiie las las !"r "r# #ul ula as +ue +ue us usar aría ía pa para ra cal alccul ular ar:: a' La potencia de un lente ' Los radios de un lente c' El índice de re!racci"n del #aterial de un lente @' Realice lo los si si)uientes e0 e0ercicios: a' Un lente tiene un radio de ?G c# % otro de c#' -i est( ,ec,o de #etacrilato con índice de re!racci"n 'K@' ;=u(l es su potencia< ' =alcule la potenc nciia de un lente de policarona natto de índice de re!racci"n ' ' & si sus radios de cur$atura son K c# % 7 c#' c' =alcule la potenc nciia de un lente de #etacrilato de índice de re!racci"n 'K@ si sus radios son de c# d' =alcule la po potencia de un un le lente de de $idrio de de ín índice de de re re!racci"n ' '9& si si su sus radios son de 6 c# % ?K7 c#' e' =alcular el el índice de re!racci"n de del policaronato si un lente ,ec,o de este #aterial tiene una potencia de 6'K dioptrías % sus radios son de 69 c# % 6 c#'
MINI-TERIO DE DEFEN-A NA=IONAL DIRE==IÓN DE IENE-TAR -O=IAL =OLEHIO -AN LUI- TALLERE- /ARA =UARTO /ERIODO DO=ENTE: LUZ EATRIZ ARHA- M' HRADO2-3: O=TAO- A-IHNATURA: FI-I=A TALLER TALLER : : LENTES CORRECTORAS DE LOS DEFECTOS DE LA VISIÓN DEFECTOS DE LA VIST V ISTA A El o0o puede ser considerado un siste#a de lentes' =uando al)*n ele#ento del o0o no !unciona co#o es deido& la i#a)en +ue lle)a al cerero est( desen!ocada' Al)unas en!er#edades típicas de la $ista son la #iopía& la ,iper#etropía % el asti)#atis#o' En la Edad Media& al)unos #on0es utilizaan %a lentes correctoras para corre)ir estos de!ectos $isuales' A,ora se e#plean )a!as o lentes +ue #odi>can la tra%ectoria de la luz' LA MIOPÍA
La #iopía se produce cuando el o0o no es capaz de en!ocar correcta#ente las i#()enes de o0etos le0anos' De esta !or#a& la i#a)en se !or#a delante de la retina % los o0etos le0anos se $en orrosos' Al utilizar una lente di$er)ente& se dispersan estos ra%os de tal !or#a +ue al lle)ar a la c"rnea % con$er)er por la re!racci"n +ue su!ren en este #edio& el punto de !or#aci"n de la i#a)en se corri)e& coincidiendo a,ora con la retina' De esta #anera la i#a)en !or#ada se $e adecuada#ente' LA @IPERMETROPÍA En un o0o ,iper#4trope& las i#()enes ta#poco se !or#an correcta#ente' En este caso se tiene #(s di>cultad para en!ocar o0etos cercanos' La i#a)en se !or#a detr(s de la retina % los o0etos cercanos se $en orrosos' Al utilizar una lente con$er)ente& se concentran estos ra%os para +ue al lle)ar a la c"rnea& la re!racci"n +ue su!ran sea su>ciente para +ue el punto de !or#aci"n de la i#a)en sea #(s cercano al nor#al& es decir +ue la i#a)en se !or#a en la retina' LA PRESBICIA El o0o ,u#ano no es capaz de en!ocar correcta#ente o0etos situados a #enos de c#' Esta distancia& sin e#ar)o& se #odi>ca con la edad& de !or#a +ue las personas #a%ores tienen #(s di>cultad para en!ocar los o0etos cercanos' Esto se conoce co#o presicia o $ista cansada' =o#o las personas #iopes pueden en!ocar o0etos #(s cercanos de lo nor#al& la presicia +ue se ad+uiere con la edad co#pensa en cierto #odo la #iopía' /or lo tanto& la #iopía no au#entar( nor#al#ente con la edad& #ientras +ue la ,iper#etropía sí& por+ue en ese caso se su#an sus e!ectos con los de la presicia' Ta$$er -e $e!"+ra : ' ;="#o puede ser considera rad do el o0o< 9' ;u4 ; u4 pa pasa sa cu cuan ando do un un ele# ele#en ento to el el o0o o0o no !u !unc ncio iona na co# co#o o es de dei ido do<< 6' ;=u( ;= u(le less son son la lass en! en!er er#e #eda dade dess típ típic icas as de la $i $isi si"n "n<< K' ;=u( ;= u(nd ndo o se pr prod oduc uce e la #i #iop opía ía<< ;D"n ;D"nde de se se !or# !or#a a la i# i#a) a)en en % c" c"#o #o se se $en $en los los o0e o0eto toss le0anos< ' ;u4 ; u4 len lente te se se usa usa para para cor corre re)i )irr las las i#() i#()en enes es en en el o0o o0o #io #iope pe % c"# c"#o o act*a act*a di dic, c,a a lente lente<< G' ;u4 ; u4 es es la ,i ,ipe per# r#et etro ropí pía< a< ;D" ;D"nd nde e se !o !or# r#a a la i# i#a) a)en en % c" c"#o #o se se $en $en los los o0 o0et etos os<< ' ;u4 ; u4 tip tipo o de len lente te se se usa usa para para cor corre re)i )irr las las i#( i#()e )ene ness en el el o0o o0o ,ipe ,iper# r#4t 4tro rope pe % c"# c"#o o !unciona dic,a lente< ' ;En +u4 consiste la presicia< =opie los es+ue#as +ue #uestran la !or#aci"n de i#()enes en o0os nor#ales % con 9. estas en!ermedades.
