Investigacion Sobre La Luz

 

Trabajo de investgación sobre la luz  

Danahe Fuentes 2A

Inroducción. La naturaleza de la luz l uz es compleja: depende de cómo la observemos se manifestará como una onda o como una parcula. En sica, el termino luz incluye todo el campo de la radiación conocido como espectro electromagnéco, mientras que la expresión luz visible señala especícamente la radiación en el espectro visible. La ópca es la rama de la sica que estudia el comportamiento de la luz, sus caracteríscas y sus manifestaciones.

¿Cómo podemos ver un objeo?  Por una parte, vemos los objetos o los materiales que "producen" luz y que la emiten. Un tubo de luz  uorescente, una lámpara lámpara eléctrica, las llamas que que aparecen al arder papeles papeles u otros materiales materiales en una combusón son ejemplos válidos. Pero también los objetos emiten luz cuando son iluminados, de esa manera los vemos. En realidad, los objetos reciben luz; parte de ella es reejada y otra parte es absorbida.

Velocidad de la luz. Desde la angua Grecia muchos astrónomos han intentado medir la velocidad de la luz, muchos de estos armaron que la luz era innita, aunque nunca pudieron conrmar esta creencia con prueba concluyentes. Y fue así como se creyó que la velocidad de la luz era innita hasta el siglo XVII. Pero se ha demostrado teórica y experimentalmente experimentalmente que la luz ene una velocidad nita. La primera medición con éxito fue por el astrónomo danés Ole Roemer en 1676 y desde entonces numerosos experimentos experimentos han mejorado la precisión con la que se conoce el dato.  Actualmente el el valor exacto aceptado aceptado para la velocidad velocidad de la luz en el vacío es es de 299.792.458 m/s. La velocidad de la luz al propagarse a través del vacío y depende de las  propiedades dieléctricas dieléctricas del medio medio y de la energía energía de la luz.  Actualmente puedes puedes medir la velocidad velocidad de la luz usando usando ecuacione ecuaciones. s.

“El valor de la velocidad de la luz es constante en un mismo medio, sin embargo, cuando se  produce un cambio a otro medio transparente, el valor de la velocidad también cambia, tal  y como se pone de manifesto en el enómeno enómeno de la reracción. reracción. En  En el caso de la luz es habitual usar el índice de reracción absoluto y el relativo para cuantifcar este cambio”.

 

Hisoria de la luz.  A principios de dell siglo XVIII era creencia creencia generalizada que la luz estaba estaba compuesta de  pequeñas parculas. parculas. Fenómenos como la reexión, la refracción refracción y las sombras sombras de los cuerpos, se podían esperar de torrentes de parculas. Isaac Newton demostró que la refracción estaba provocada por el cambio de velocidad de la luz al cambiar de medio y trató de explicarlo diciendo que las parculas aumentaban su velocidad al aumentar la densidad del medio. La comunidad cienca, consciente del presgio de Newton, aceptó su teoría corpuscular. En la deriva quedaba la teoría de Chrisan Huygens que en 1678 propuso que la luz era un fenómeno ondulatorio que se transmia a través de un medio llamado éter. Esta teoría quedó olvidada hasta la primera mitad del siglo XIX, cuando Thomas Young sólo era capaz de explicar el fenómeno de las interferencias suponiendo que la luz fuese en realidad una onda. Otros estudios de la misma época explicaron fenómenos como la difracción y la polarización teniendo en cuenta la teoría ondulatoria. El golpe nal a la teoría corpuscular pareció llegar en 1848, cuando se consiguió medir la velocidad de la luz en diferentes medios y se encontró que variaba de forma totalmente opuesta a como lo había supuesto Newton. Debido a esto, casi todos los ciencos aceptaron que la luz tenía una naturaleza ondulatoria. Sin embargo, todavía quedaban algunos puntos por explicar como la propagación de la luz a través del vacío, ya que todas las ondas conocidas se desplazaban usando un medio sico, y la luz viajaba incluso más rápido que en el aire o el agua. Se suponía que este medio era el éter del que hablaba Huygens, pero nadie lo conseguía encontrar. En 1845, Michael Faraday  descubrió que el ángulo de polarización de la luz se podía modicar aplicándole un campo magnéco, proponiendo luego de dos años que la luz era una vibración electromagnéca de alta frecuencia. James Maxwell, inspirado por el trabajo de Faraday, estudió matemácamente estas estas ondas electromagnécas y se dio cuenta de que siempre se  propagaban a una velocidad velocidad constante, constante, que coincidía coincidía con la velocidad velocidad de la luz, y de que no necesitaban medio de propagación ya que se auto propagaban. Este experimento de Maxwell conrmo y resolvió todas las preguntas sobre la naturaleza ondulatoria de la luz. Pero a pesar de eso, se fueron encontrando nuevos efectos que no podían ser explicados suponiendo que la luz era una onda, como, por ejemplo, el efecto fotoeléctrico. Los trabajos sobre el proceso de absorción y emisión de energía por parte de la materia sólo se podían explicar si uno asumía que la luz se componía de parculas. Entonces la ciencia llego a un  punto complicado, algunos algunos efectos efectos de la luz solo se podían explicar explicar considerando que que la luz  fuese una onda onda y otros solo se podían explicar explicar si la luz fuese fuese considerada como una  parcula. Esto impulsó el desarrollo de la sica durante el siglo XX 

 

Galileo, Newon y Einsein. Las dos teorías de relavidad publicadas por Einstein impactaron fuertemente el  pensamiento cienco cienco hasta entonces entonces realizado. Por un lado, la teoría teoría de la relavidad relavidad especial impactó a los fenómenos sicos cuando no se considera la gravedad; mientras que con la relavidad general se proporciona una nueva explicación sobre la fuerza gravedad y su relación con otras fuerzas de la naturaleza. Estas dos teorías cambiaron tremendamente la descripción y la lógica humana del movimiento de los cuerpos con velocidades comparables a la de la luz. Estudiar el movimiento de los cuerpos ha sido objeto de estudio por muchos ciencos en siglos pasados, pero fueron Galileo Galilei e Isaac Newton quienes establecieron las leyes de movimiento. Con estas leyes se describieron los movimientos con velocidad constante, así como con variación en la velocidad del cuerpo deniendo el concepto de aceleración. También se estableció la validez de la adición de velocidades. Así, por ejemplo, si consideramos un autobús en movimiento y dentro de él un pasajero corre en sendo del movimiento del autobús, la teoría clásica del movimiento de los cuerpos nos asegura que,  para un observador observador estáco fuera del autobús, la velocidad del pasajero pasajero será la suma suma de las dos velocidades: la del autobús y la del pasajero. Si el pasajero se mueve en sendo opuesto al movimiento del autobús entonces el observador fuera del autobús observará que el  pasajero se mueve mueve con una velocidad velocidad menor a la que se mueve el autobús: autobús: sería la resta de la velocidad del autobús menos la del pasajero en movimiento. Los resultados anteriores se predicen y se demuestran experimentalmente mediante las leyes de movimiento de Galilei y Newton desde hace más de 3 siglos. Para ello consideremos que dentro del autobús esta un pasajero de pie, estáco, en el pasillo central y que enciende una lámpara de luz de mano en dirección del movimiento del autobús y que luego gira y apunta la lámpara en dirección opuesta a la dirección del movimiento del autobús.

Las leyes de movimiento de Galilei y Newton predicen que en el primer caso el observador  fuera del autobús autobús mediría una velocidad velocidad mayor a la velocidad velocidad de la luz; luz; mientras que para para el  segundo caso medirá una velocidad menor a la de la luz. Sin embargo, la teoría de la relavidad especial señala y demuestra que la velocidad de la luz medida por el observador externo será la misma velocidad c = 299 792 458 metros por segundo (m/s) en los dos casos La teoría de la relavidad de Einstein señala que la velocidad de la luz es invariante, independiente del movimiento del observador o cuerpo en movimiento; siempre y cuando no existan fuerzas externas actuando. En este ejemplo no importa si el autobús es sustuido  por un avión o nave nave espacial, el el observador externo externo medirá siempre c.

 

La descripción del movimiento de los cuerpos cuando lo hacen a velocidades comparables a la de la luz es muy diferente a la establecida por las leyes clásicas de la sica desarrolladas por los ciencos antes de Einstein. La teoría de la relavidad especial señala que no puede haber objeto material alguno que viaje a una velocidad superior a c; este resultado incluye a cualquier otro po de información que se quiera enviar de un lugar a otro. En este sendo, si por ejemplo el Sol desapareciera por alguna razón divina, nosotros en la erra podríamos seguir nuestra vida codiana  por 8 minutos posteriores posteriores a la desaparición desaparición de esa estrella; y será hasta hasta ese entonces que “senríamos” el efecto de no tener al Sol (la fuerza de gravitación que ejerce el Sol sobre la Tierra se  propagaría a la velocidad c y 8 minutos sería el empo que tarda la luz en recorrer recorrer la distancia entre entre el Sol y la Tierra).

Christan Huygens. Huygens, en su teoría, considera que la luz es una onda electromagnéca, consistente consistente en un campo eléctrico que varía en el empo generando a su vez un campo magnéco y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnécos y los campos magnécos variables generan campos eléctricos. De esta forma, la onda se auto propaga indenidamente a través del espacio, con campos magnécos y eléctricos generándose connuamente. Estas ondas electromagnécas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnéco perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación. Su contribución más grande en sica, en el campo de la ópca fue: el desarrollo de la teoría ondulatoria de luz, el cual permia explicar los fenómenos de la reexión, refracción y difracción de la luz mejor que la teoría corpuscular de Newton. (Profundización de los fenómenos según Huygens y úlma parte) Refracción: Ejemplo de refracción: La bombilla de parecer estar rota debido a la refracción de la luz a medida que pasa el líquido al aire. Este fenómeno se debe a que la luz se propaga a diferentes velocidades velocidades según por el medio por el que se pasa. Cuanto mayor es el cambio de velocidad mayor es el cambio de dirección, ya que la luz recorre una mayor distancia en su movimiento a través del medio en el que va más rápido. Dado que la refracción depende de la energía de la luz, cuando la luz blanca pasa a través de un medio no paralelo, como un  prisma, la luz se separa en sus diversos componentes componentes en función función de su energía, energía, en un  fenómeno llamado dispersión refrac refracva. va.

 

Difracción:

Una de las propiedades de la luz más evidente a simple vista es que la luz se propaga en línea recta, podemos verlo, por ejemplo, en un rayo de luz en una habitación polvorienta. Otra propiedad evidente son las sombras, que, si pones un objeto opaco en el camino de la luz y luego una pared, se puede ver la sombra de ese objeto. Pero la luz no siempre se propaga en línea recta, cuando la luz atraviesa un obstáculo  punagudo o una una abertura estrecha, estrecha, el rayo se curv curva a ligeramente. Este Este fenómeno es es el responsable que al mirar a través de un agujero muy pequeño todo se veas muy distorsionado o de que los telescopios o microscopios tengan un numero de aumento máximo. Reexión y dispersión:

 Al incidir la luz en en un cuerpo, la mat materia eria de la que está está constuido constuido reene unos instantes y luego la remite en todas sus direcciones. dir ecciones. Sin embargo, en supercies ópcamente lisas, debido a interferencias destrucvas, la mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ángulo que incidió; como, por ejemplo, los espejos. La luz también se reeja por medio del fenómeno denominado reexión interna total, que se  produce cuando un un rayo de luz, inte intenta nta salir de un medio en que se velocidad es más más lenta a otro más rápido, con un determinado ángulo. Esta reexión es la responsable de los destellos en un diamante tallado. En el vacío, la velocidad es la misma para todas las longitudes de onda del espectro visible,  pero cuando atraviesa atraviesa sustancias sustancias materiales la velocidad se reduce reduce y varia para cada cada una de las disntas longitudes de onda del espectro, esto se denomina dispersión. El color azul del cielo se debe a la luz del sol dispersada en la atmosfera.

 

Inerferencia:

Una de las formas más sencillas de estudiar el fenómeno de la interferencia es con el experimento de Young, que consiste hacer incidir luz monocromáca en una pantalla que ene rendija muy estrecha. La luz difractada que sale de aquella rendija a incidir a otra  pantalla en otra pantalla con doble doble rendija. La luz de estas dos rend rendijas ijas se convina convina en una tercera pantalla de bandas alternavas claras y oscuras. La interferencia también se puede ver a simple vista en las manchas de aceite sobre los charcos de agua.