Bloque 3
Naturaleza
de la mecánica ondulatoria
Fenómenos y
naturaleza de la luz
Naturaleza
de la luz
La luz
sostiene toda fuente de vida de la tierra. Sin ella no se podría vivir; la
teoría de extinción de los dinosaurios a postulado que una capa de polvo que
cubrió la tierra durante muchos años, lo cual impidió el paso de la luz y ocasiono
cambios en el clima del planeta que causarían la muerte de aquellos animales prehistóricos.
La luz nos permite usar a toda capacidad
nuestro sentí de la vista.
Las fuentes
luminosas generan su propia luz ya sea natural o artificial y esta fuente se le
llama fuente luminosa. La luz es una forma de energía que viaja en forma de un
movimiento ondulatorio, y como tal es absorbida y emitida por un objeto que la
transmite asta llegar a nuestro ojos.
En 1704 Isaac
newton propuso que la luz estaba compuesta
por pequeñísimas partículas emitida por todos los objetos llamados corpúsculos.
Teoría de
Planck y Einstein
Cuando Maxwell
descubrió que la luz es una onda electromagnética, muchos fenómenos atómicos
fueron descubiertos pues esto implicaba que la luz , al interactuar con la metería
no solamente se refleja , revota o difractaba. Está energía se encuentra expresada
en la ecuación que Planck propuso.
E=h-v
En 1865 el
físico james C. Maxwell publica que su teoría electromagnética , en la que
predecía que las ondas electromagnéticas
podía programarse como ondas en el espacio. La velocidad que alcanzaría estas dichas
ondas estaría dada por la siguiente forma
V=1/vu.e
Índice de
refracción y espectro electromagnético
La
refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio a otro en que
se propaga con distinta velocidad. El ángulo de refracción tiene un valor
constante que recibe el nombre de índice de refracción(n).
A esta ley
se le conoce también como la ley de Snell que puede calcularse con el cociente
de las velocidades del primero y segundo medio
N=sen i/senr=v1/v2
La velocidad
de la luz en el vacío es de 3000000 Km/s, mientras que en el aire es de
299030km/s y en el agua de 225mil km/s. la relación entre las velocidades de la
luz en el bacio y en otro medio recibe el nombre de “índice de refracción del
medio”.
Rayos gama:
son una forma de radiación electromagnética con energía extremadamente elevada.
La radiación de estos rayos tienen una longitud de onda mucho mas corta de la
luz visible, por lo que se encuentra en el extremo mas elevado de energía del
campo electromagnético.
Rayos x: es
una radiación invisible capas de atravesar cuerpos opacos e imprimir las
películas fotográficas con una frecuencia de rango 30 a 3000 PHz, esto se
genera cuando unas de electrones que viaja a una velocidad por el vacío.
Rayos
ultravioletas]: son aquellos que tienen longitud de onda entre 190 y 400 nm, la
luz ultravioleta también recibe el nombre de luz negra y no la advierte el ojo human.
Esta radiaciones emitidas directamente por el sol.
Luz visible:
puede utilizarse para diferentes tipos de comunicaciones, ya que se ayude ser
modulada y transmitida atreves de fibras ópticas por su alta frecuencia s capas
de llevar información.
Rayos
infrarrojos: tienen una longitud de onda
superior a la luz visible pero mas corta que la de un microondas. Tienen un uso
muy común de los controles terremotos que utiliza los rayos infrarrojos en
lugar de ondas de radio ya que estas no interfieren con otras señales electromagnéticas como las
señales de la televisión.
Microondas:
son las ondas electromagnéticas que tienen un rango de frecuencia ente 300MHz y 300GHz y
longitudes entre 1cm y 100um. Estas ondas se utilizan en números sistemáticos
como dispositivos de transmisión de datos, radares y hornos de microondas.
Ondas de
radio: tienen longitudes que van de tan solo unos milímetros asta cientos de km
y oscilan un rango de frecuencia entre unos cuantos KHz y se utilizan para
transmitir señales a grandes distancias
y una de las mas comunicaciones utilizadas son por el radio de frecuencia
modulada(fm)y amplitud modulada(am).
Absorción y
emisión de luz
Los cuerpos
que emiten luz de manera natural se llaman cuerpos luminosos ; el sol, es un
objeto luminoso , los cuerpo que reflejan la luz que reciben de otros cuerpos
luminosos se llaman cuerpos iluminados ; un ejemplo los planetas son objetos
iluminados por que reflejan la luz del sol.
Esto se debe
a que cuando la luz interactúa con la estructura eléctrica o cristalina de
algún material, los fotones de una fuente externa crean barios fenómenos ópticos.
Silos fotones incidentes interactúan con electrones externos del núcleo del átomo,
seden energía el material en cuyo caso hay absorción.
Dispersión
de la luz
Esto se
explica debido a que la luz al ser policroma tica y pasar atreves de un medio
diferente al aire se va frenando lo que ase que se separe cada color de acuerdo
a su frecuencia, y apareciendo así la parte del espectro electromagnético que
llamamos visible.
El arcoíris
es el ejemplo mas conocido y hermoso de la refracción , ya que la luz del sol
se dispersa dentro de cada una de las gotas de lluvia que se encuentran en el
aire, lo que se refleja en el espectro visible en la atmosfera.
La óptica:
es la rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con la luz y se
divide en óptica geométrica y óptica física y cuando la luz entra en contacto
con la superficie reflejante, como un espejo plano que es opaco, una parte es
reflejada y otra es absorbida; pero si un cuerpo transparente, como el agua o
un vidrio, la luz pasa atreves de el.
Reflexión de
la luz
Este tipo de
reflexión que proviene de una superficie lisa y pulida es conocida como
reflexión regular. Y es cuando una persona esta parada frente a un
espejo observa una imagen parecida a la suya; así como el de los objetos
a su alrededor. A este fenómeno se le conoce como reflexión: la luz rebota al
tocar la superficie y regresa al mismo medio original.
Este fenómeno
se puede describir con las leyes de la reflexión :
1.-el rayo
incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano.
2.-el ángulo
de incidencia es igual al ángulo de reflexión: i=r
Los espejos
planos
Es la
superficie sobre la que se incide la luz y es llamada espejo ; existen espejos
planos y curvos por lo general todos
contamos con espejos planos en nuestras casas, y esto reflejan imágenes que
parecen estar a la misma distancia en la parte
atrás del espejo que a la que se encuentra el objeto delante de él.
Existen
diferentes tipos de lentes: el lente convergente es un punto focal, es decir,
este tipo de lente consigue desviar los rayos de luz concentrándolos en un
punto delante de la lente.
La lente divergente:
esta lente deja pasar la luz y dispersa a
partir de un punto llamada foco situado
antes de ellas. Las lentes divergentes pueden ser de distintos tipo como: bicóncavas,
planocóncavas y de menisco divergente.
Formación de
imágenes mediante lentes delgadas
Es cuando el
objeto se encuentra a una distancia mayor al doble de la longitud focal se
forma una imagen real, invertida y menos entre F2 y 2F2, en el lado opuesto de
la lente.
La ecuación
de la lente y el aumento
1/p+1/Q=1/f
Combinación
de lentes
Es cuando la
luz pasa por un arreglo o combinación de lentes y se genera un aumento o
magnificación de la imagen. Cuando pasa de
la primera a la segunda lente y así sucesivamente,
entre más grandes se el número de combinaciones, el producto de ellas provocará
un aumento en el tamaño de la imagen.
Hondas
mecánicas
Son una
forma en que la energía, específicamente la mecánica, puede transmitirse por el
medio del oleaje del mar abierto por la fuerza del aire que le transmite su
energía y que es transportada por el agua sin que allá intercambio de masa. La
energía de la piedra es transmitida al barco por medio del agua lo que ase que
se aleje cada vez mas para transmitir energía por medio de vibraciones.
Una honda
mecánica es aquella perturbación sobre un medio que es propagada o transmitida
por el mismo sin transportar materia, el medio que es perturbado puede ser aire
, agua, algún material sólido, etc.
De las ondas
mecánicas tenemos las ondas sonoras, elásticas las sísmicas y las gravitatorias
y para transmitir espejería las moléculas del medio se transfieren a la energía
checando unas con otras permitiendo su propagación}
Clasificación
de propagación de las ondas
Ondas longitudinales:
son aquellas cuya dirección de propagación es igual que la dirección en que se originó
el movimiento y el mismo sentido que su origen, es decir, corre de forma paralelar
origen de la perturbación. estas ondas sonoras y las compresión o descompresión es la forma de
un resorte.
Ondas transversales:
sedan de forma peculiar cuando se agitan un movimiento hacia riba y asía bajo
una cuerda que se encuentra tensa. La perturbación de esta onda se da con el
movimiento de una mano que se mueve así delante.
Las ondas se
clasifican también de acuerdo con sus características
Unidireccionales:
se propagan a lo largo de una línea recta (como en una cuerda)
Bidimensionales:
se propagan en plano definido, por ejemplo, las ondas de una superficie de un líquido
y por lo general estas ondas tienen forma circular
Tridimensionales:
estas ondas pueden propagarse por todo
el espacio tal como la luz o el sonido y su forma por lo general s esférica.
Pulso: estas
ondas se generan cuando la perturbación aparece de forma instantánea, es decir,
cuando la perturbación pasa, el medio regresa al reposo.
Tren de
ondas: aquí las perturbaciones se dan de manera continua, una perturbación sigue
a otra de tal manera que el medio no regresa al reposo.
Características
de las ondas
Las características
de una onda no describe su comportamiento, en una onda de tipo transversal es
decir en una sola dimisión sus
parámetros que dan muy definidos como sigue:
Longitud de onda:
se define como la distancia entre dos puntos consecutivos de la perturbación o
la distancia que recorre la onda en un periodo T.
Frecuencia
se define por el número de oscilaciones o siclos por segundo que tiene una
onda. Se mide en Hz, que implica una oscilación por segundo.
F=v/A
Periodo(T):
es en intervalo de tiempo entre dos puntos equivalentes de la onda, es decir,
un siglo completo de onda
T=1/f
Velocidad:
se considera como el desplazamiento de la onda y que depende exclusivamente de
las propiedades del medio
V=A/T
T=1/f
V=A/T=A-f
La refracción
se manifiesta cuando una onda revota contra un objeto que se interpone en su
camino, como un muro y la onda choca contra el muro rebota en el mismo ángulo
en el que incide, y el muro absorbe parte de la energía transmitida por la
onda.
Refacción:
esta propiedad aparece cuando la onda mecánica pasa de un medio a otro, ya sea
de mayor o menor densidad, lo que provoca un cambio de dirección y velocidad.
Si una onda pasa a un medio más denso, la velocidad de propagación aumenta pero
si el medio al que pasa es menos denso disminuye su velocidad.
Difracción:
esta propiedad se presenta cuando un objeto se interpone en la trayectoria de
una onda y esta trata de pasar rodeándolo, brincándolo o atravesándolo de
alguna forma. Las ondas se golpean en una superficie del objeto y solo una
parte de ellas puede pasar por el orificio.
La
interferencia: esto sucede cuando dos ondas diferentes ocurren o se superponen en un mismo punto de su trayectoria
se presenta en esta propiedad. Las ondas pueden tener 3 tipos de interferencia
dependiendo el grado que sea.
Constructiva:
esto concurre cunado las ondas se alcanzan y se forma una onda más grande, ya
que la energía de ambas se suma en un punto en común. Y alcanzar la primera
onda a la otra, la energía que traen las dos aumentara el tamaño y velocidad de
la primera.
Destructiva:
esto ocurre cundo la onda resultante es de menor intensidad. Es la cancelación
o anulación de las ondas que pueden
presentarse, y esto solo si la energía de ambas es exactamente la misma. En
esto se genera una interferencia muy pequeña que permite a la otra persona
entendemos a escuchar o el sonido de una película al mismo tiempo.
Resonancia:
es una propiedad de las más interesantes
y a la vez más complejas y se presenta cuando una onda es absorbida por
un objeto y este comienza a vibrar con la misma energía y frecuencia que la
onda. Y esto empieza a vibrar cuando el objeto es golpeado y al mismo meto de hacerlo
comenzara a vibrar a causa de los ondas y transmitidas por el aire que chocan
contra el.
Ondas
sonoras
Son un tipo de onda mecánica que necesita un
medio para su propagación. Esta onda
mecánica es generada por el moviendo de un objeto lo que provoca la comprensión
y descomprensión casi simultánea del medio que lo rodea. Esto genera un
fenómeno de oscilación en el medio y por consiguiente retransmisión atreves de
el de las ondas generadas y para que estas ondas puedan se percibidas por el
oído humano deben oscilar entre 20 y
20mil veces por segundo. Y al llegar al oído estas ondas provocan un cambio de
precisión en su interior lo que hace vibrar sus componentes.
Velocidad de
propagación de las ondas sonoras
Las ondas
sonoras necesitan un medio material para propagarse de manera tridimensional.
La velocidad con la que lo ase depende del medio y lo cercano que seste entre
si y las partículas que lo componen. La energía que se transmite a mayor
velocidad se propaga una velocidad menor que las partículas que lo componen por
el medio de transmisión que se encuentra.
La velocidad
de propagación de las ondas sonoras en
el aire oxida entre 330 y 350 m/s
V=Axf
Propiedades
de las ondas sonoras: sus propiedades particulares se explican y se describen
conforme a su comportamiento y una delas siguientes es:
Refracción:
al cambiar de velocidad cuando pasa de un medio a otro, las ondas sonoras
también cambian de dirección. Esta propiedad no solo se ponen de manifiesto
cuando pasan de un medio a otro, sino también en el mismo medio; para esto debe
haber un cambio de temperatura.
Reflexión:
es cuando la onda sonora revota el encontrar un objeto que impide el paso al ángulo
que incide sobre la superficie= al ángulo que revota.
Este
fenómeno tiene ciertas excepciones cuando se trata de ondas sonoras cuando su
frecuencia es muy baja y su longitud es muy grande por lo que son capases de
rodear o brindar los obstáculos.
Resonancia:
este consiste en la vibración que un objeto presenta por la inducción de otro
cercano a el.
Efecto doble:
este efecto indica el tono de un sonido emitido de una fuente que se aproxima a
un observador en la misma dirección.
Tipos de
sonido
Infrasonidos:
son aquellos sonidos que no pueden ser percibidos por los humanos
Sónicos: son
todos los sonidos que si somos capases de escuchar. Su rango de frecuencia esta
entre los 20 y 20 mil Hz
Ultrasónicos:
son todos los sonidos generados por ondas
superiores a los 20mil Hz y el limite superior de la velocidad del
sonido es adocile para el ser humano.
Características
del sonido
La intensidad:
corresponde a la energía que trasmite una onda a mayor amplitud de onda y mayor
será su intensidad y energía
El tono:
depende de la frecuencia en que vibra la onda. Es lo que nos permite clasificarlos
en graves o agudos(muy chillantes)
Timbre:
también llamado por los músicos el color del sonido
Contaminación acústica
El ruido
comienza a considerarse peligroso para
la salud cuando la intensidad alcanza los 50 a 60 dB.
Los efectos
de ruido en la salud no solo se reflejan en la pérdida del oído sino también el
sistema cardiovascular alterando el ritmo cardiaco provocando riesgo en las coronarias e hipertensión
arterial
