LA PROPAGACIÓN RECTILINEA DE LA LUZ C. Nieves, D. Martínez, L. Bello Dpto. de Física, Universidad Pedagógica Experimental Libertador, “I.P.RAEL”, Maracay – Edo. Aragua, Venezuela. e-mail: cruz_luff@hotmail,
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La propagación rectilínea de la luz, se define así a la línea recta de propagación de la luz que a su vez es denominada rayo luminoso. Con la utilización de estas líneas rectas se pueden representar las ondas luminosas y explicar la existencia de sombras, penumbras y umbras. Se conoce como sombra a la zona donde no llega ningún rayo de luz algunos autores la definen como umbra y la penumbra por otro lado es donde llegan solamente algunos rayos de luz. En el siglo XVII se sabía que la propagación de la luz podía representarse por medio de rayos. Si la luz procedente de un foco luminoso muy pequeño se interrumpía mediante un obstáculo opaco, se formaba una sombra muy bien definida (fig. a).
Otras definiciones a considerar dicen, la sombra es una región de oscuridad donde la luz es obstaculizada. Una sombra ocupa todo el espacio
Oclusión
Figura N° 2. DITCHBURN, Óptica Detrás de un objeto opaco con una fuente de luz frente a él. La umbra es la parte más profunda y oscura de la sombra, donde la luz está completamente bloqueada por el cuerpo de oclusión y la penumbra por su parte es la región en la que solo una parte de la fuente es oscurecida por el cuerpo de oclusión. La oclusión es el cuerpo del del cual dependerá la forma de la sombra, es decir este definirá la figura geométrica que se describa en la pantalla y por ende el tamaño de la sombra variara de acuerdo a la distancia del foco luminoso con respecto al cuerpo de oclusión. Figura N° 1. DITCHBURN, Óptica Si el foco luminoso no es muy pequeño, el borde de la sombra no quedaba recortado de manera muy neta. Se observaba una sombra oscura a la que llamaban umbra y un borde difuso llamado penumbra (v. fig. b). Estas observaciones constituyen ejemplos sencillos de un numeroso conjunto de experimentos que se describen de manera general diciendo que la luz se propaga hacia desde el foco luminoso siguiendo rayos rectilíneos. Desde este punto de vista, el cambio de iluminación que se produce en la penumbra se debe al hecho de que un punto de esta región recibe luz solo de una parte del foco luminoso. En este caso no había evidencia de que se disperse la luz fuera de la región definida por los rayos. Por tanto un rayo, puede definirse como una trayectoria que sigue la energía luminosa al ir desde un foco luminoso a un receptor.
ACTIVIDAD 1
Instrumentos y materiales utilizados: - Reglas. - Papel Milimetrado. - Lápices y Colores. - Foco. - Pantalla. - Obstáculo. - Bombillo. - Lámpara (fuente de luz) - Banco Óptico. - Cinta Plastica
Teniendo en consideración todos aquellos elementos antes planteados La presente actividad de laboratorio consto de dos partes estrechamente ligadas a la luz y las sombras como fenómenos físicos en cuya la primera parte de la misma se tenía una fuente de luz seguida de un carril donde
se desplazaba un obstáculo para llegar al final con una pantalla, con el objeto de observar las sombras, umbras y penumbras proyectadas en la pantalla a ciertas distancias medidas por una regla utilizada como instrumento de medición identificando cada elemento proyectado antes mencionados logrando así plasmar en el papel milimetrado con la meta de obtener mediciones. Pantalla Fuente luminosa
Obstáculo
Penumbra
Umbra
Figura N° 3. Visualización de la Umbra y la Penumbra. Bello (2013) Precisando el margen de cada uno teniendo en cuenta que estos elementos son directamente proporcionales a la distancia existente entre la pantalla y el obstáculo mientras que inversamente proporcional si tenemos en cuenta la distancia existente entre la fuente y la pantalla como referencia del fenómeno. En el caso primero a mayor distancia existente entre el obstáculo y la pantalla el efecto de la sombra umbra y penumbra aumentaban extendiendo sus proporciones a lo largo de la pantalla y reflejado en las anotaciones tomadas en el papel milimetrado anexados comprobando así la validez en dicho proceso, cabe mencionar que entre los elementos que se modificaron el más notorio fue la ampliación de la umbra pasando de casi imperceptible a notable.
Figura N° 4. Materiales Utilizados en Laboratorio. Martínez (2013)
EXPERIENCIA 1 Primera Medida: Obstáculo Esfera Diámetro: 13cm Distancia de la Pantalla al Obstáculo: 40cm Distancia del Foco al Obstáculo: 57cm Segunda Medida: Obstáculo Esfera Diámetro: 13cm Distancia de la Pantalla al Obstáculo: 26cm Distancia del Foco al Obstáculo: 69,65cm Tercera Medida: Obstáculo Esfera Diámetro: 13cm Distancia de la Pantalla al Obstáculo: 30cm Distancia del Foco al Obstáculo: 65cm De acuerdo a los datos obtenidos se cumple lo que anteriormente se ha dicho, con el aumento de la distancia, el radio de la imagen aumenta y se distorsiona, esta distorsión se debe a que con el aumento de la distancia los rayos provenientes de la fuente tienen a dispersarse mucho más, es decir, el número de rayos que chocan con el obstáculo disminuye a mayor distancia y aumentan con menor distancia, dando como resultado que a mayor concentración de rayos luminosos más densa será la imagen y a menor concentración más distorsión habrá. Fundamentación de la ley del cuadrado de la distancia: Ley de cuadrado inverso (1921): aseveración de que algunas magnitudes físicas, como la iluminancia, varían con la distancia desde una fuente inversamente con el cuadrado de la distancia. Para empezar, esta ley, nos dice que la intensidad de una fuente de luz puntual disminuye el cuadrado de la distancia que recorre con respecto a la fuente de luz. O lo que es lo mismo, al doblar la distancia a la fuente de luz, la intensidad de la misma se reduce a su cuadrado (si esta es a 1m=1 a 2m = 1/4 que es lo mismo que una reducción del cuadrado de 2). Además de esa reducción de intensidad, la luz tiende a iluminar también el cuadrado en amplitud “se expande” al doblar la distancia, vamos que ilumina la escena cuatro veces más, pero como he comentado menos intensidad, a continuación se presentara un ejemplo cotidiano desde un ámbito interrelacionado con este fenómeno en una cabina fotográfica.
Bombilla
Fondo
Objeto a Fotografiar
Cámara
Figura N° 5. Materiales para realización de la práctica. Nieves, C (2013)
la
Ejemplo: Vamos a repasar este concepto físico en términos fotográficos… Si tenemos una fuente de luz puntual, por ejemplo una bombilla domestica cualquiera… y medimos la intensidad de la luz con un fotómetro de luz incidida a 1 metro de distancia y nos da una medición de f16…, según esta ley la luz caerá el cuadrado de la distancia con forme nos vayamos alejando de la fuente de luz. Así que si queremos fotografiar algo que está a 2 metros de la fuente de luz puntual, necesitaremos abrir el diafragma hasta el equivalente a 4 veces menos luz que la que teníamos a 1 metro (el cuadrado de la distancia), que equivale a 2 pasos, por lo tanto nos dará una medición de f8. ¿Y entonces a 4 metros? Recibirá 16 veces menos luz que a 1 metro (de nuevo el cuadrado de la distancia, 4 al cuadrado) o lo que es lo mismo 4 pasos, y una medición de f4… y así sucesivamente.
suelen tener errores (que no se debe) bien sea por los instrumentos o en sí mismo la inadecuada utilización de estos, la corroboración de la misma matemáticamente no será exacta, pero ante la perspectiva y el sentido común fue posible corroborar que la ley se cumple. Se evidencia que con el aumento de la distancia (teniendo como referencia el foco de luminosidad) el diámetro o en su defecto el radio de la sombra aumenta y con este aumento la intensidad disminuye, es decir, se notó que a medida que se alejaba el obstáculo la sombra plasmada en la pantalla se distorsionaba (aclaraba) y al mismo tiempo el área de esta crecía, característica mencionada en la ley del cuadrado de las distancia. EXPERIENCIA 2 Primera Medida: Distancia: 5 cm Diámetro de la sombra: 7 cm Segunda Medida: Distancia: 8.5 cm Diámetro de la sombra: 11,5 cm Tercera Medida: Distancia: 11 cm Diámetro de la sombra: 16,5 cm CALCULOS I = ɸ/4Πr2. Ec. N° 1
ACTIVIDAD 2 ɸ = 4781 lm/m2 Instrumentos y materiales utilizados: -
Reglas. Papel Milimetrado. Lápices y Colores. Foco. Pantalla Obstáculo. Bombillo Lámpara (fuente de luz) Banco Óptico. Cinta Plástica.
Partiendo de la teoría conocida fue posible identificar y contemplar la veracidad de la ley, conociendo que los datos experimentales
Para Diámetro 1: I = 4781 lm/m2 / 4π(0,035m)2 I = 0.031x106 lm Para Diámetro 2: I = 4781 lm/m2 / 4π(2x0,057m)2 I = 0,058x106 lm Para Diámetro 3: I = 4781 lm/m2 / 4π(3x0,082m)2 I = 0,018x106 lm
E = I/d2 Ec. N° 2 Para Distancia 1: E = 0.031x106 lm / 5x10-2m E = 0,62x106 lm Para Distancia 2: E = 0,058x106 lm / 8,5x10-2m E = 0,68x106 lm Para Distancia 3: E = 0,018x106 lm / 11x10-2m E = 0,16x106 lm
IMÁGENES DE LA ACTIVIDAD
Figura N° 8. Sistema Completo para la toma de sombra, umbra y penumbra. Fotografía tomada por el bachiller Martínez, D (2013) A manera de conclusión es posible constatar toda la teoría vista en el aula y descrita en este informe, la experiencia ha servido para percibir mediante nuestros sentidos el fenómeno de la propagación rectilínea de la luz y la ley del cuadrado inverso de la distancia y así parpar todo lo que acontece respecto a este, quizás los resultados obtenidos no dibujen lo que se espera pero se asume que es por la falta de conocimiento acerca del contenido y la falta de atención al realizar las actividades, ya que debido a esta última posiblemente sean las fallas y hayan incurrido y alterado los hechos de la experiencia.
REFERENCIAS
Figura N 6. Obstáculo. Fotografía tomada por el bachiller Bello (2013)
Figura N° 7. Foco. Fotografía tomada por el bachiller Nieves (2013)
DITCHBURN, Óptica Editorial reverte S.A La enciclopedia del estudiante Física y Química Editorial Santillana Documento en línea http://www.latindex.ucr.ac.cr/ing006 /ing006-08.pdf Pere Larrègula iluminación. Fundamentos sobre Iluminación: Ley Inversa del Cuadrado de la Distancia. Documento en línea http://www.canonistas.com/foros/blo gs/iluminacion/470-fundamentosiluminacion-ley-inversa-delcuadrado-de-distancia.html La Biblia de Física y Química. Editorial Sacramento Nieto, Edición 2010. España
