Ensayo Luz

CONCEPTO DE LUZ 

electromagnética que puede ser Luz: Se llama luz a la parte de la radiación electromagnética que percibida por el ojo humano. En humano. En física, física, el término luz se usa en un sentido ms amplio e inclu!e todo el campo de la radiación conocido como espectro electromagnético, electromagnético, mientras que la e"presión luz #isible se$ala específicamente la radiación en el espectro #isible. La óptica es óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características ! sus manifestaciones. El estudio de la luz re#ela una serie de características ! efectos al interactuar con la materia, que permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza. refracción es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al %efracción : La refracción es cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes #elocidades seg&n el medio por el que #iaja. El cambio de dirección es ma!or cuanto ma!or es el cambio de #elocidad, !a que la luz recorre ma!or distancia en su desplazamiento por el medio en que #a ms rpido. La le! de Snell relaciona Snell relaciona el cambio de ngulo con el cambio de #elocidad por medio de los índices de refracción de refracción de los medios. 'omo la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o policromtica a tra#és de un medio con caras no paralelas, como un prisma, prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes componentes (colores) seg&n su energía, en un fenómeno denominado dispersión refracti#a. refracti#a. Si el medio tiene las caras paralelas, la luz se #uel#e a recomponer al salir de él. Ejemplo de refracción:

Se pued puede e obse obser# r#ar aren en esta esta imag imagen en como el popote se #e roto, a esta ilusión se le conoce como refracción.

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*ropagación ! difracción:  +na de las propiedades de la luz ms e#identes a simple #ista es que se propaga en línea recta. recta. Lo podemos #er, por ejemplo, en la propagación de un ra!o de luz a tra#és de ambientes pol#orientos o de atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte geométrica  parte de esta premisa para predecir la posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisión. e la propagación de la luz ! su encuentro con objetos surgen las sombras. sombras. Si interponemos un cuerpo opaco  opaco  en el camino de la luz ! a continuación continuación una pantalla, pantalla, obtendremos obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o foco  foco  se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma que, relati#amente, sea ms peque$o que que el cuer cuerpo po,, se prod produc ucir ir  una una somb sombra ra definida. definida. Si se acerca el foco al cuerpo surgir una sombra en la que se distinguen una región ms clara denominada penumbra ! penumbra ! otra ms oscura denominada denominada umbra. Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. 'uando la luz atra#iesa un obstculo puntiagudo o una abertura estrecha, el ra!o se cur#a ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción, difracción, es el responsable de que al mirar a tra#és de un agujero mu! peque$o todo se #ea distorsionado o de que los telescopios ! microscopios tengan un n&mero de aumentos m"imo.

la que est %efle"ión ! dispersión: -l incidir la luz en un cuerpo, la materia de la constituido retiene unos instantes su energía ! energía ! a continuación la reemite en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado refle"ión denominado  refle"ión.. Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructi#as, destructi#as, la ma!or parte de la radiación se pierde, e"cepto la que se propaga con el mismo ngulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).

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La luz también se refleja por medio del fenómeno denominado refle"ión interna total, que se produce cuando un ra!o de luz, intenta salir de un medio en que su #elocidad es ms lenta a otro ms rpido, con un determinado ngulo. Se produce una refracción de tal modo que no es capaz de atra#esar la superficie entre ambos medios reflejndose completamente. Esta refle"ión es la responsable de los destellos en un diamante tallado.

*olarización: El fenómeno de la polarización se obser#a en unos cristales determinados que indi#idualmente son transparentes. Sin embargo, si se colocan dos en serie, paralelos entre sí ! con uno girado un determinado ngulo con respecto al otro, la luz no puede atra#esarlos. Si se #a rotando uno de los cristales, la luz empieza a atra#esarlos alcanzndose la m"ima intensidad cuando se ha rotado el cristal /0 se"agesimales respecto al ngulo de total oscuridad. 1ambién se puede obtener luz polarizada a tra#és de la refle"ión  de la luz. La luz reflejada est parcial o totalmente polarizada dependiendo del ngulo de incidencia. El ngulo que pro#oca una polarización total se llama ngulo de 2re3ster . 4uchas gafas de sol ! filtros para cmaras inclu!en cristales polarizadores para eliminar reflejos molestos.

1eoría ondulatoria: Esta teoría, desarrollada por 'hristiaan 5u!gens, considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que #aría en el tiempo generando a su #ez un campo magnético ! #ice#ersa, !a que los campos eléctricos #ariables generan campos magnéticos ( le! de -mp6re) ! los campos magnéticos #ariables generan campos eléctricos (le! de 7arada!). e esta forma, la onda se auto propaga indefinidamente a tra#és del espacio, con campos magnéticos ! eléctricos generndose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico ! magnético perpendiculares entre sí ! respecto a la dirección de propagación.

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*ara poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parmetros habituales de cualquier onda: •

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 -mplitud (-): Es la longitud m"ima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento. *eriodo (1): Es el tiempo necesario para el paso de dos m"imos o mínimos sucesi#os por un punto fijo en el espacio. 7recuencia (8): 9&mero de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad in#ersa al periodo. Longitud de onda (): Es la distancia lineal entre dos puntos equi#alentes de ondas sucesi#as. ;elocidad de propagación (;): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la #elocidad de propagación de la luz en el #acío, se representa con la letra c.

La #elocidad, la frecuencia, el periodo ! la longitud de onda estn relacionadas por  las siguientes ecuaciones:

1eorías cunticas: iagrama de 7e!nman donde se muestra el intercambio de un fotón #irtual (simbolizado por una línea ondulada ! ) entre un positrón ! un electrón. La necesidad de reconciliar las ecuaciones de 4a"3ell del campo electromagnético, que describen el carcter ondulatorio electromagnético de la luz, con la naturaleza corpuscular de los fotones, ha hecho que aparezcan #arías teorías que estn a&n lejos de dar un tratamiento unificado satisfactorio. Estas 4

teorías incorporan por un lado, la teoría de la electrodinmica cuntica, desarrollada a partir de los artículos de irac, racias a esta ecuación podemos conocer una descripción de la probabilidad de que ocurra una interacción u obser#ación dada, en una región determinada. E"isten a&n muchas dificultades teóricas sin resol#erse, sin embargo, la incorporación de nue#as teorías procedentes de la e"perimentación con partículas elementales, así como de teorías sobre el comportamiento de los n&cleos atómicos, nos han permitido obtener una formulación adicional de gran a!uda.

Velocidad de la luz 

La #elocidad de la luz en el #acío  es por definición una constante uni#ersal de #alor ? @? ABC mDs (apro"imadamenteCF ?C?.G@ millasDs)? G (suele apro"imarse a GH/C mDs), o lo que es lo mismo .AFH/ B mDa$oI la segunda cifra es la usada para definir al inter#alo llamado a$o luz. La primera medición con é"ito fue hecha por el astrónomo danés Jle %oemer  en F@F

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Se simboliza con la letra c, pro#eniente del latín celéritKs (en espa$ol celeridad o rapidez). El #alor de la #elocidad de la luz en el #acío fue incluido oficialmente en el Sistema nternacional de +nidades como constante el ? de octubre de CG,A pasando así el metro a ser una unidad deri#ada de esta constante. La rapidez a tra#és de un medio que no sea el M#acíoM depende de su permiti#idad eléctrica, de su permeabilidad magnética, ! otras características electromagnéticas. En medios materiales, esta #elocidad es inferior a McM ! queda codificada en el índice de refracción. En modificaciones del #acío ms sutiles, como espacios cur#os, efecto 'asimir , poblaciones térmicas o presencia de campos e"ternos, la #elocidad de la luz depende de la densidad de energía de ese #acío. +na consecuencia en las le!es del electromagnetismo (tales como las ecuaciones de 4a"3ell) es que la rapidez c de radiación electromagnética no depende de la #elocidad del objeto que emite la radiación. -sí, por ejemplo, la luz emitida de una fuente de luz que se mue#e rpidamente #iajaría a la misma #elocidad que la luz pro#eniente de una fuente estacionaria (aunque el color , la frecuencia, la energía ! el momento de la luz cambiarnI fenómeno que se conoce como efecto oppler ). Si se combina esta obser#ación con el principio de relati#idad, se conclu!e que todos los obser#adores medirn la #elocidad de la luz en el #acío como una misma, sin importar el marco de referencia del obser#ador o la #elocidad del objeto que emite la luz. ebido a esto, se puede #er a c como una constante física fundamental. Este hecho, entonces, puede ser usado como base en la teoría de relati#idad especial. La constante es la rapidez c, en #ez de la luz en sí misma, lo cual es fundamental para la relati#idad especial. e este modo, si la luz es de alguna manera retardada para #iajar a una #elocidad menor a c, esto no afectar directamente a la teoría de relati#idad especial. Jbser#adores que #iajan a grandes #elocidades encontrarn que las distancias ! los tiempos se distorsionan de acuerdo con la transformación de Lorentz. Sin embargo, las transformaciones distorsionan tiempos ! distancias de manera que la #elocidad de la luz permanece constante. +na persona #iajando a una #elocidad cercana a c también encontrar que los colores de la luz al frente se tornan azules ! atrs se tornan rojos.

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Si la información pudiese #iajar ms rpido que c en un marco de referencia, la causalidad sería #iolada: en otros marcos de referencia, la información sería recibida antes de ser mandadaI así, la causa podría ser obser#ada después del efecto. ebido a la dilatación del tiempo de la relati#idad especial, el cociente del tiempo percibido entre un obser#ador e"terno ! el tiempo percibido por un obser#ador que se mue#e cada #ez ms cerca de la #elocidad de la luz se apro"ima a cero. Si algo pudiera mo#erse ms rpidamente que luz, este cociente no sería un n&mero real. 1al #iolación de la causalidad nunca se ha obser#ado. La #elocidad de la luz es de gran importancia para las telecomunicaciones. *or  ejemplo, dado que el perímetro de la 1ierra es de A/ /@B Nm(en la línea ecuatorial) ! c es teóricamente la #elocidad ms rpida en la que un fragmento de información puede #iajar, el período ms corto de tiempo para llegar al otro e"tremo del globo terrqueo sería /./F@ s. En realidad, el tiempo de #iaje es un poco ms largo, en parte debido a que la #elocidad de la luz es cerca de un G/O menor en una fibra óptica, ! raramente e"isten tra!ectorias rectas en las comunicaciones globalesI adems se producen retrasos cuando la se$al pasa a tra#és de interruptores eléctricos o generadores de se$ales.

'omunicaciones: La #elocidad finita de la luz se hizo aparente a todo el mundo en el control de comunicaciones entre el 'ontrol 1errestre de 5ouston ! 9eil  -rmstrong, cuando éste se con#irtió en el primer hombre que puso un pie sobre la Luna: después de cada pregunta, 5ouston tenía que esperar cerca de G s para el regreso de una respuesta aun cuando los astronautas respondían inmediatamente. e manera similar, el control remoto instantneo de una na#e interplanetaria es imposible debido a que una na#e suficientemente alejada de nuestro planeta podría tardar algunas horas desde que en#ía información al centro de control terrestre ! recibe las instrucciones. La #elocidad de la luz también puede tener  influencia en distancias cortas. En los superordenadores la #elocidad de la luz impone un límite de rapidez a la que pueden ser en#iados los datos entre procesadores. Si un procesador opera a  >5z, la se$al sólo puede #iajar a un 7

m"imo de G// mm en un ciclo &nico. *or  lo tanto, los procesadores deben ser  colocados cerca uno de otro para minimizar los retrasos de comunicación. Si las frecuencias de un reloj contin&an incrementndose, la rapidez de la luz finalmente se con#ertir en un factor  límite para el dise$o interno de chips indi#iduales. ;elocidad física ! #elocidad coordinada de la luz: ebe tenerse presente, especialmente si se consideran sistemas de referencia no inerciales, que la obser#ación e"perimental de constancia de la luz se refiere a la #elocidad física de la luz. La diferencia entre ambas magnitudes ocasionó ciertos malentendidos a los teóricos de principios de siglo PP. -sí *auli llegó a escribir: 9o se puede hablar !a del carcter uni#ersal de la constancia de la #elocidad de la luz en el #acío puesto que la #elocidad de la luz es constante sólo en los sistemas de referencia de >alileo B

nteracción con materiales transparentes: El índice de refracción de un material indica cun lenta es la #elocidad de la luz en ese medio comparada con el #acío. La disminución de la #elocidad de la luz en los materiales puede causar la refracción, seg&n lo demostrado por este prisma (en el caso de una luz blanca que parte del prisma en un espectro de colores, la refracción se conocen como dispersión).  -l pasar a tra#és de los materiales, la luz se propaga a una #elocidad menor que c por el cociente llamado Qíndice de refracciónR del material. La rapidez de la luz en el aire es sólo le#emente menor que c. 4edios ms densos, como el agua ! el #idrio, pueden disminuir ms la rapidez de la luz, a fracciones como GDA ! ?DG de c. Esta disminución de #elocidad también es responsable de doblar la luz en una interfase entre dos materiales con índices diferentes, un fenómeno conocido como refracción. 8

El índice de refracción MnM de un medio #iene dado por la siguiente e"presión, donde M#M es la #elocidad de la luz en ese medio:

a que la #elocidad de la luz en los materiales depende del índice de refracción, ! el índice de refracción depende de la frecuencia de la luz, la luz a diferentes frecuencias #iaja a diferentes #elocidades a tra#és del mismo material. Esto puede causar distorsión en ondas electromagnéticas compuestas por m<iples frecuenciasI un fenómeno llamado dispersión. Los ngulos de incidencia (i) ! de refracción (r) entre dos medios, ! los índices de refracción, estn relacionados por la Le! de Snell. Los ngulos se miden con respecto al #ector normal a la superficie entre los medios:

E"perimentos para retardar la luz:  7enómenos refracti#os tales como el arco iris tienden a retardar la #elocidad de la luz en un medio (como el agua, por  ejemplo). En cierto sentido, cualquier luz que #iaja a tra#és de un medio diferente del #acío #iaja a una #elocidad menor que c como resultado de la refracción. Sin embargo, ciertos materiales tienen un índice de refracción e"cepcionalmente alto: en particular, la densidad óptica del condensado de 2oseTEinstein puede ser mu! alta. En , un equipo de científicos encabezados por Lene 5au pudo disminuir la #elocidad de un ra!o de luz a cerca de @ mDs, ! en ?// pudieron detener  momentneamente un ra!o de luz.  En ?//G, 4ijaíl LuNin, junto con científicos de la +ni#ersidad 5ar#ard ! el nstituto de 7ísica Lébede# (de 4osc&), tu#ieron é"ito en detener completamente la luz al dirigirla a una masa de gas rubidio caliente, cu!os tomos, en palabras de LuNin, 9

se comportaron como Upeque$os espejosV debido a los patrones de interferencia en dos ra!os de control.

%elati#idad: 'on base en el trabajo de