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LA LUZ
1. Naturaleza de la luz
1. Ondas electromagnéticas
2. Propagación rectilínea de la luz
3. Velocidad de propagación
2. Fenómenos luminosos
1.
2.
3.
4.
5.
Reflexión y refracción
Dispersión
Absorción
Interferencia y difracción
Polarización
Teoría corpuscular de Newton
• Supone que la luz está
formada por partículas
materiales, que llamó
corpúsculos que son lanzados
gran velocidad por los cuerpos
emisores de luz.
• Permite explicar fenómenos
como
– La propagación rectilínea de la
luz en el medio,
– La reflexión
– La refracción
• Newton supuso que los
corpúsculos eran muy
pequeños en comparación con
la materia y que se propagan
sin rozamiento por el medio.
• Con esta teoría no podían
abordarse fenómenos como la
difracción de la luz.
Teoría ondulatoria de Huygens
• Huygens propuso que la luz consiste en la
propagación de una perturbación ondulatoria del
medio. Creía que eran ondas longitudinales
similares a las sonoras.
• Se sabía que la luz puede propagarse en el vacío.
Se inventa un medio muy sutil y de perfecta
elasticidad que permita dicha propagación. Se le
llama éter.
• Explicaba fácilmente fenómenos como reflexión y
la refracción.
• Contra esta teoría se argumentaba que si era una
onda debía haber fenómenos de difracción e
interferencia que no se habían encontrado porque
su longitud de onda es muy pequeña.
Teoría ondulatoria de Fresnel
• En el siglo XVIII, Thomas Young descubre
experimentalmente la existencia de
interferencias en la luz.
• Fresnel consigue explicar apoyándose en
la teoría ondulatoria la difracción de la luz
y su propagación rectilínea: Fresnel
propone a la vista de estos
descubrimientos que la luz está
constituida por ondas transversales.
• En 1850, Foucault mide la velocidad de la
luz en el agua, y comprueba que es menor
que en el aire.
Teoría electromagnética de
Maxwell
• Propone que la luz no es una onda mecánica sino una onda
electromagnética de alta frecuencia.
• Las ondas electromagnéticas consisten en la propagación
de un campo eléctrico y magnético perpendiculares entre sí
y a la dirección de propagación.
• No hay necesidad de soporte material para la propagación
de la luz.
Naturaleza corpuscular de la luz
según Einstein.
•
•
El efecto fotoeléctrico consiste en
la emisión de electrones con
cierta energía cinética al incidir la
luz de una determinada
frecuencia sobre una superficie
metálica. Se comprobó que un
aumento de la intensidad
luminosa incidente no suponía un
aumento en la energía cinética de
los electrones emitidos.
Einstein propone en 1905 que la
luz esta formada por un haz de
pequeños corpúsculos que llamó
cuantos de energía o fotones. La
energía de la onda está
concentrada en los fotones, no
está distribuida por toda ella.
E  h f
h  6,625 10 34 J .s
La energía de cada uno de los
fotones es proporcional a la
frecuencia de la luz
Naturaleza dual de la luz
• En la actualidad se sostiene que la luz
tiene una doble
naturaleza, corpuscular y ondulatoria
• Se propaga mediante ondas
electromagnéticas y presenta
fenómenos típicamente ondulatorios,
pero en su interacción con la materia
en ciertos fenómenos de intercambio
de energía tiene carácter corpuscular
Ondas electromagnéticas
• Las ondas
electromagnéticas están
formadas por un campo
magnético y por un campo
eléctrico, perpendiculares
entre sí y perpendiculares
a su vez a la dirección de
propagación.
• Se propagan a la velocidad
de la luz.
• Son originadas por cargas
eléctricas aceleradas.
c  3 108 ms 1
en el vacío
c
E
B
c
1
 0 0
c  f
Espectro electromagnético
Es la secuencia de todas las ondas electromagnéticas conocidas,
ordenadas según su longitud de onda o su frecuencia.
El espectro visible
• La banda del espectro electromagnético
que el ojo humano es capaz de ver se
llama espectro visible.
• Abarca las longitudes de onda entre 400 y
700 nm
Propagación rectilínea de la luz
Refracción de la luz
• La velocidad de la luz
en el vacío es mayor
que en los medios
materiales.
• La frecuencia es la
misma, pero no la
longitud de onda
c
n
v
n2 v1
sin i
  n21 
n1 v2
sin r
Ángulo límite y refracción total
• Se produce cuando la luz pasa de un medio a
otro de menor índice de refracción.
• El ángulo límite L es el ángulo de imcidencia al
que corresponde un ángulo de refracción de 90º
sin L  n21
Reflexión total si i>L
Óptica geométrica: conceptos
básicos
• Imagen real de un objeto: se forma por intersección de los
rayos convergentes tras atravesar el sistema óptico.
• Imagen virtual: Se forma por intersección de las
prolongaciones de los rayos divergentes tras atravesar el
sistema óptico
• Imagen de un objeto extenso: Formada por las imágenes
puntuales de cada uno de los puntos del objeto.
• Espejo: toda superficie lisa y pulida capaz de reflejar los rayos
luminosos.
Elementos de un espejo esférico
• Eje óptico
• Foco objeto, F1
• Foco imagen, F2
• Centro de
curvatura, C
• Polo o vértice, O
• Distancia focal, f
Formación de imágenes en el
espejo esférico
Si el objeto se situa sobre el foco, no se forma imagen, pues los
rayos reflejados son paralelos y no se cortan
Espejo convexo
Los rayos reflejados (que son los que transportan la
energía) no convergen en ningún punto, rebotan en el
espejo y divergen, por lo tanto no pueden formar una
imagen sobre una pantalla.
Prolongando esos rayos por detrás del espejo podemos
saber donde se forma la imagen virtual
Ecuaciones de los espejos
esféricos
La posición de los focos
objeto e imagen
coinciden y se
encuentra en el punto
medio entre C y O
1 1 1
 
s2 s1 f
Aumento lateral o relación
entre tamaños de imagen y
objeto
r
f1  f2   f
2
Ecuación fundamental del
espejo esférico
y2
s2
AL 

y1
s1
Formación de imágenes en el
espejo plano
s1
s2
i
i
A1
A2
Objeto
Imagen
B1
B2
s2   s1
AL  1
Dioptrios
Un dioptrio es el sistema
óptico formado por una
sola superficie que
separa dos medios de
distinto índice
de refracción
n2 n1 n2  n1
 
s2 s1
R
ECUACIÓN FUNDAMENTAL DEL DIOPTRIO
Para obtener la imagen de un objeto
basta trazar dos rayos, uno que
incide paralelamente al eje óptico y
se refracta pasando por el foco
imagen y otro que pasa por el centro
de curvatura que no se desvía al ser
perpendicular (normal) a la
superficie. En el punto de corte se
forma la imagen real.
Dioptrio plano
El dioptrio plano puede
considerarse como uno esférico
de radio infinito
n2 n1 n2  n1
n2 n1
 


s2 s1

s2 s1
Lentes
Son sistemas ópticos formados por un medio transparente de índice de
refracción diferente al exterior y que limita mediante dos superficies o
dioptrios, uno esférico y otro plano o esférico
LENTES CONVERGENTES
LENTES DIVERGENTES
Elementos de una lente delgada
Eje óptico
C
O
F1
f1
F2
f2
C’
Si en ambos lados de la
imagen está el mismo medio
material f1=‒f2
Formación de imágenes en lentes
delgadas convergentes
F1
F2
F1
F2
F1
F2
F1
F2
Formación de imágenes en lentes
delgadas divergentes
F2
En las lentes divergentes, la
imagen es siempre virtual,
derecha y de menor tamaño
que el objeto.
F1
Ecuaciones de las lentes delgadas
1 1
1 1
  (n  1)  
s2 s1
 r1 r2 
Ecuación fundamental de las lentes
delgadas
1
P
f
Potencia en dioptrías
f1   f 2
Distancias focales
1 1 1 1
1
 (n  1)    
f2
 r2 r1  s2 s1
Ecuación del fabricante de lentes
y 2 s2
AL 

y1 s1
Aumento lateral
Dispersión
• Si un haz de rayos de luz
de distintas longitudes de
onda incide sobre un
material refractante, cada
radiación simple se
desviará un ángulo
diferente.
• Las distintas radiaciones
que componen la luz
blanca se refractan con
ángulos diferentes y
forman una sucesión
continua de colores: el
espectro de la luz
blanca.
Absorción
• Los cuerpos
retienen parte de
la energía luminosa
que reciben cuando
son iluminados.
• Este fenómeno es
responsable de la
percepción del
color
Interferencia
En 1801, Thomas Young demostró
que la luz sufre fenómenos de
interferencia, igual que cualquier
otra onda. (Experimento de la
doble rendija)
La interferencia es constructiva
cuando las ondas están en fase
(r’-r=nλ)
Es destructiva si están en
oposición de fase (r’-r=(2n+1)½λ)
Difracción
• Se produce refracción
cuando las ondas
luminosas son
interceptadas por un
obstáculo de
dimensiones iguales o
inferiores a la longitud
de onda.
sin   n

d
α
Polarización
Efecto de un polarizador sobre la reflexión en el fango. En la imagen de la
izquierda, el polarizador está girado para transmitir las reflexiones. Al girar el
polarizador 90º (imagen de la derecha) casi toda la luz del sol reflejada es
bloqueada.