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Lectura 1: La luz: otro fenómeno ondulatorio
Las características ondulatorias de la luz son las responsables de fenómenos tanmaravillosos y diferentes como la percepción de los colores, la aparición del arco iris endías lluviosos y los eclipses de sol y de luna. Además, algunas veces la energíatransportada por la luz es transformada para obtener otros productos. Tal es el caso dela conversión de la luz solar en calor y del proceso de la fotosíntesis realizado por lasplantas. En últimas, la luz es la responsable de ue !aya vida sobre el planeta Tierra
La energía luminosa
La vida en nuestro planeta reuiere de la energía ue el "ol irradia en forma
permanente. El "ol emite radiaciones en todas las direcciones y sólo una peue#a parte
de esta energía es aprovec!ada por la Tierra en forma de luz y calor. $or e%emplo, para
llevar a cabo ciertos procesos como la fotosíntesis y el ciclo del agua. Estos tipos de
energía reciben el nombre de energía luminosa y energía calórica.
La luz. Una forma de energía
&na de las e'periencias más frecuentes relacionadas con la energía luminosa es el
fenómeno de la, visión. La luz es una forma de energía ue nos permite ver todo lo ue
tenemos a nuestro alrededor, por e%emplo este libro, tus compa#eros y tú mismo,
Algunas de las características de la luz ue permiten la visión son(
• "e propaga en todas las direcciones.
•
"e puede reflejar en los ob%etos )rebota, como contra un espe%o*.• "e puede refractar, es decir, pasar de un material a otro.
La luz al ser una forma de energía, tambi+n puede !acer cambiar las propiedades de los
cuerpos. Así, una !o%a blanca de papel e'puesta durante algún tiempo a la luz del "ol se
vuelve amarilla, es decir, cambia de color.
ice una de las leyes de la física ue la energía ni se construye ni se destruye,
sino se transforma. e esta misma forma, la energía luminosa puede transformarse
en otros tipos de energía. En las centrales solares, por e%emplo, la luz del sol se
transforma en energía el+ctrica o algunas veces en calor. A su vez, otros tipos de
energía pueden transformarse en luz. En el caso de las bombillas, la energía el+ctrica se
transforma en energía luminosa.
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Las fuentes luminosas
La luz proviene de los cuerpos llamados fuentes luminosas. "on fuentes luminosas
todos auellos cuerpos capaces de emitir luz. ependiendo de la naturaleza y de la
manera como emita la luz, e'isten los siguientes tipos de fuentes luminosas.
-uentes luminosas naturales, como las estrellas, el fuego, los rayos y algunos
organismos bioluminiscentes como las luci+rnagas.
-uentes luminosas artificiales, como los bombillos y los tubos fluorescentes.
-uentes luminosas puntuales de luz ue emiten un !az de luz muy estrec!o,
como los rayos láser.
-uentes luminosas extensas de luz, las cuales emiten muc!os rayos de luz, por
e%emplo, una linterna o el "ol.
La propagación de la luz
"egún permitan o no la propagación de la luz, los cuerpos pueden ser transparentes,
translúcidos y opacos.
o "on cuerpos transparentes auellos ue de%an pasar la luz y permiten ver con
nitidez los cuerpos ue !ay detrás de ellos.
o "on cuerpos translúcidos auellos ue de%an pasar la luz, pero no permiten
ver con nitidez los cuerpos ue !ay detrás de ellos.
o "on cuerpos opacos auellos ue no de%an pasar la luz.La propagación de la luz tiene las siguientes características(
• La luz se propaga en línea recta. Así, la luz ue recibimos del "ol se
desplaza en línea recta desde +l !asta la Tierra.
• La luz se propaga en todas las direcciones. $or eso la luz producida por
una lámpara ilumina toda la !abitación en la ue se encuentra.
• La velocidad de la luz, aunue siempre es muy alta, depende del medio a
trav+s del ue se propague. Es así como en el aire y en el vacío, la luz via%a a //.///
0ilómetros por segundo, mientras ue en el vidrio, por e%emplo, esta velocidad se ve
reducida a 1//./// 0ilómetros por segundo, es decir, apro'imadamente 12 de su velocidad de propagación en el vacío.
• La luz no necesita de un medio de propagación Es por eso ue podemos
ver estrellas y gala'ias le%anas a pesar del espacio vacío ue tiene ue atravesar.
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La distancia a las estrellas
3"abías ue cuando estás observando las estrellas en el cielo, estás, viendo cómo era
esa estrella !ace muc!os a#os atrás4 5uando un astrónomo observa un planeta le%ano
con ayuda de un telescopio, no lo está observando en el momento real sino en algún
momento pasado.
La razón de esto es ue la, velocidad de la luz tiene un valor finito y definido. e esta
manera, los rayos procedentes de una estrella le%ana tardan a#os en llegar a la Tierra.
La distancia entre los astros se mide en una unidad llamada a#o6luz. &n a#o6luz
corresponde a la distancia ue recurre la luz en un a#o. La luz, via%a a //./// 0m2s,
entonces un a#o6luz euivale a 7,8 billones de 0ilómetros apro'imadamente.
Teorías para explicar la naturaleza de la luz
La determinación de la naturaleza de la luz es uno de los problemas ue más !a
interesado a los físicos a trav+s de la !istoria de la ciencia.
Evolución de las teorías sore la naturaleza de la luz
En la antig9edad, los griegos creían ue la luz estaba formada por peue#os
corpúsculos emitidos por los ob%etos. Ellos decían ue cuando entraban estos
corpúsculos en los o%os se daba el fenómeno de la visión.
Esta era la misma concepción ue tenía :saac ;e<ton, uien decía ue la luz al ser denaturaleza corpuscular es decir, compuesta por partículas, se refle%aba al c!ocar contra
los cuerpos opacos y se refractaba al c!ocar contra los cuerpos translúcidos. =ás
adelante el científico dan+s 5!ristian >uygens e'plicó estos mismos fenómenos pero
desde una concepción ondulatoria de la luz. $osteriormente, nuevos e'perimentos y
descubrimientos proporcionaron más evidencias e'perimentales ue corroboraban la
naturaleza undulatoria de la luz.
-inalmente =a'<ell, en ?@8, realizó la demostración definitiva de ue la luz e'!ibía
características ondulatorias. El afirmó ue la luz era una onda electromagn+tica de alta
frecuencia y por esta razón podía propagarse en el vació.
espu+s de esto, se siguieron realizando e'perimentos ue indagaban sobre la
naturaleza de la luz y todas las observaciones enca%aban dentro de la teoría ondulatoria
de la luz. Esto continuó así !asta el descubrimiento del efecto fotoel+ctrico realizado
por >ertz.
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El efecto fotoel+ctrico consiste en la emisión de electrones por una superficie metálica
e'puesta a la luz. Las características de este fenómeno corresponden a un fenómeno
corpuscular La e'plicación de este fenómeno la !izo el físico alemán, Albert Einstein.
La naturaleza real de la luz
ebido a todas estas evidencias e'perimentales, Einstein consideró ue la luz tiene una
naturaleza dual. Esto uiere decir ue en algunas ocasiones la luz se comporta como
una partícula y otras veces se comporta como una onda.
La luz se comporta como una onda cuando se propaga, es decir se refle%a, se
refracta y tiene interferencia de la misma manera ue lo !acen las ondas sonoras.
La luz se comporta como un corpúsculo en la manera de transportar energía.
La energía de la luz la conforman peue#ísimos corpúsculos llamados fotones.
La luz visile y los colores
El "ol y las estrellas producen radiaciones electromagn+ticas ue via%an a una
velocidad de //./// 0m2s. Estas radiaciones, según la longitud de onda ue tengan,
se pueden clasificar como( ondas de radio, radiaciones infrarro%as )ue nosotros
tambi+n denominamos calor*, luz visible, radiación ultravioleta, rayos ', rayos gamma
y rayos cósmicos.
El con%unto de estas radiaciones constituye el espectro electromagn!tico.
La porción de las radiaciones ue emite el "ol, es decir, del espectro electromagn+tico,
ue nosotros podemos ver está comprendida en la fran%a ue denominamos luz
visile o luz lanca. Esta mezcla de radiaciones puede descomponerse en siete
colores fundamentales.
Esto puede comprobarse cuando la luz atraviesa un prisma de cristal o gotas de agua,
en este último caso se produce la formación del arco iris.
La descomposición de la luz blanca se conoce como dispersión de la luz. Los siete
colores fundamentales, en orden creciente de longitud de onda, son( violeta, índigo,azul, verde, amarillo, anaran%ado y ro%o.
La razón de este fenómeno se e'plicará con detalle en el siguiente tema.
Los colores ue tienen las cosas ue observamos se debe al siguiente !ec!o( cuando la
luz blanca llega a una superficie, esta superficie absorbe todas las radiaciones de la luz
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blanca menos una o varias ue son refle%adas. "egún la longitud de onda de estas
radiaciones se observará dic!a superficie de uno u otro color. Así, los cuerpos negros
absorben toda la radiación y no refle%an ninguna, los cuerpos blancos refle%an todo el
espectro de luz blanca y, por e%emplo, los ob%etos ue observamos de color ro%o refle%an
las ondas cuya longitud de onda corresponde al color ro%o mientras absorben el resto.
La velocidad de la luz
La velocidad de la luz es tan alta, ue durante muc!os a#os fue imposible conocer su
valor preciso !asta el perfeccionamiento de las t+cnicas para su medición.
Las mediciones de galileo
Balileo fue el primero en dise#ar un m+todo para determinar la velocidad de la luz. "u
m+todo consistió en colocar dos personas frente a frente, durante la noc!e, separadas
una de otra por una distancia de apro'imadamente ? 0m Este e'perimento se
desarrollaba así( Balileo descubría su linterna y la luz llegaba a su ayudante. Entonces
el ayudante destapaba su linterna, cuya luz debería ser recibida por Balileo. Trataron
de medir el tiempo transcurrido desde ue Balileo descubría su linterna !asta ue
recibía la luz proveniente de la linterna del ayudante.
En principio, el m+todo era adecuado, pero e'perimentalmente fallaba ya ue el
tiempo ue la luz tardaba en recorrer esa distancia era muy peue#o comparado con el
tiempo de reacción de los observadores.
La astronomía y la velocidad de la luz
La primera medición e'itosa de la velocidad de la luz fue !ec!a en ?C8, por el
astrónomo dan+s Dlaf oemer $ara lograr esto, realizó observaciones minuciosas de lo
ue sucedía con una de las lunas de Fúpiter( :o. $ara medir el período de rotación de
:o, utilizó el tiempo ue tardaban en darse dos eclipses de ese astro. Es decir medía el
tiempo ue transcurría entre dos veces consecutivas ue :o se ocultara detrás de
Fúpiter. oemer encontró ue este período era más largo cuando la Tierra, en su
movimiento alrededor del "ol, se encontraba más le%os de Fúpiter ue cuando se
encontraba más cerca.
La conclusión de esto era ue la diferencia de tiempos correspondía al mayor tiempo
ue tardaba en Llegar la se#al luminosa desde Fúpiter ya ue tenía ue recorrer
además la distancia correspondiente al diámetro de la órbita terrestre. e esta manera
se comprobó por primera vez ue la velocidad de la luz era finita. El valor encontrado
por oemer de esta manera fue de 1/./// 0m2s.
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El m!todo de fizeau
En ?@G7, Luis -izeau, un físico franc+s, fue el primero en determinar la velocidad de la
luz por un m+todo ue no estaba relacionado con la astronomía. "u m+todo consistía
en medir el intervalo de tiempo ue tardaba la luz en via%ar desde algún punto !asta un
espe%o y regresar. $ara ello, utilizó una rueda dentada .Huscó la velocidad de giro de la
rueda ue era necesaria para ue un rayo de luz pasara por una abertura, y al
refle%arse, pasara por la siguiente. e esta manera determinó ue la velocidad de la luz
era de ?/./// 0m2s. ;uevas mediciones se !icieron tras perfeccionar este m+todo,
con lo ue se obtuvo un valor de la velocidad de la luz de 177. 77C 0m2s.
?. 3Iu+ es la luz4
a* Es una manifestación de la energía
b* Es la manifestación del sol
c* Es la manifestación de un cuerpo
d* Es todo lo ue brilla
1. 3Iu+ son fuentes luminosas4
a* Auellos cuerpos capaces de absorber luz
b* Auellos cuerpos capaces de generar energía
c* Auellos cuerpos capaces de emitir luz
d* Auellos cuerpos capaces de alimentarse de luz
. 35uál es la velocidad de la luz en el vacío4
a* //,/// m2s b* //,/// 0m2s
c* //,/// 0m2!
d* //,/// m2s
G. 35uál es el planteamiento de Einstein acerca de la luz4
a* Iue la luz se comporta como una partícula
b* Iue la luz se deforma en el espacio tiempo
c* Iue la luz se comporta como partícula y onda
d* Iue la luz se comporta como onda
8. 35ómo puede descomponerse esta mezcla de radiaciones4
a* En luz blanca
b* En colores
c* En rayos &J
d* En el espectro electromagn+tico
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Lectura 2: Reflexión de la luz (espejos)
Entre las propiedades de las ondas están( refle'ión, refracción, difracción, polarizacióne interferencia.
La reflexión consiste en la capacidad ue tienen las ondas de c!ocar contra unobstáculo y rebotar de la misma forma en ue rebota una pelota lanzada contra una
pared.
Todos !emos visto nuestra imagen en un espe%o, !emos tenido la oportunidad de
desviar rayos de luz con un espe%o y !emos sido testigos del fenómeno sonoro conocido
como eco. Estos son los e%emplos más comunes de refle'ión. "in embargo, esta
propiedad de las ondas tiene múltiples aplicaciones. La radio difusión, por e%emplo, es
posible gracias a ue las ondas de radio de ba%a frecuencia, c!ocan sucesivamente entre
la tierra y la atmósfera, desplazándose así de un lado a otro. Lo mismo ocurre con las
comunicaciones vía sat+lite, en las cuales, las ondas son refle%adas por estos aparatosK
la refle'ión de ondas de radio de mayor frecuencia !acen posible el funcionamiento de
radares, sonares, tornavoces y aparatos para ecografías entre otros. La refle'ión de las
ondas electromagn+ticas tiene aplicación en aparatos de rayos , rayos láser y rayos
gamma, tambi+n permiten el funcionamiento de televisores, fibra óptica, !ornos
micro6ondas y aparatos de grabación y reproducción de video y sonido digital, como
5s y Js etc. En la naturaleza, algunos organismos tienen la capacidad de
aprovec!ar la refle'ión del sonido para orientarse. A este fenómeno se le llama eco6
localización y es propio de murci+lagos y cetáceos como las ballenas.
"eflexión de la luz
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Espejos
Los espe%os son instrumentos ópticos formados por superficies lisas ue producen
refle'ión especular. "e clasifican en espe%os planos )como los ue se usan en casa* y
espe%os esf+ricos )los más conocidos se usan para seguridad en establecimientos
comerciales y carros grandes*. Los espe%os esf+ricos son casuetes de esfera de radio .
Entre los espe%os esf+ricos están los cóncavos, con la superficie reflectora en la cara
interior y los espe%os conve'os, con la superficie reflectora en la cara e'terior.
En el análisis de los espe%os debe tenerse en cuenta los elementos definidos en la tabla
?, %unto con las fórmulas para su cálculo. Además, cada elemento aduiere diversas
propiedades en cada tipo de espe%o.
Las siguientes fórmulas relacionan matemáticamente dic!os elementos.
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;ota( de estas fórmulas se deducen las ue se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 1 Elementos de los espejos y fórmulas para calcularlos.
Element
o definición #órmulas para su c$lculo
$
istancia entre el espe%o y el
ob%eto( "iempre tiene signo
positivo
I
istancia entre el espe%o y la
imagen( Es positiva únicamente
en espe%os cóncavos, para
imágenes reales.
M p N >
adio de curvatura( $ositivo en
espe%os cóncavos. ;egativo en
espe%os conve'os
. M 1 N f
-
-oco( $unto donde se forma la
imagen. Es positivo únicamente
en espe%os cóncavos, para
imágenes reales.
.
> Aumento de la imagen en relaciónal ob%eto.
:
%magen& puede ser(
"eal si se forma delante del
espe%o.
'irtual si se forma detrás del
espe%o.
%nvertida si está en dirección
opuesta al ob%eto.
(erec)a si está en la mismadirección del ob%eto
Dtras fórmulas ue es posible deducir son(
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;ota( Al utilizar estas últimas fórmulas, es necesario tener en cuenta ue >, es el valor
absoluto de sobre p, de manera ue debe considerarse las posibilidades, ue seapositiva o negativa. $ara ello analice los signos de f y así(
"i y f son positivos, entonces y > son positivas. "i f o son negativos, entonces y
> serán negativas.
?. 3En u+ consiste la refle'ión de las ondas4
a* 5apacidad ue tienen las ondas de traspasar un obstáculo
b* 5apacidad ue tienen las ondas de desviarse dentro un obstáculo y rebotar
c* 5apacidad ue tienen las ondas de c!ocar contra un obstáculo
d* 5apacidad ue tienen las ondas de c!ocar contra un obstáculo y rebotar
1. 35ómo es posible la radio6difusión y las comunicaciones vía sat+lite4
a* A ue la onda de radio via%a linealmente a trav+s de la atmósfera !asta el receptor
ubicado en el otro e'tremo
b* A ue las ondas de radio de ba%a frecuencia, c!ocan sucesivamente entre la tierra y
la atmósfera, desplazándose así de un lado a otro
c* A ue las ondas de radio de ba%a frecuencia via%an subterráneamente utilizando los
cristales de la tierra para via%ar por vibraciones
d* A ue las ondas de radio via%an por cables a trav+s del cableado satelital.
. 3Iu+ es eco localización4
a* Es aprovec!ar la refle'ión del sonido para orientarse
b* Es aprovec!ar la refle'ión de la luz para orientarse
c* Es aprovec!ar la refracción del sonido para orientarse
d* Es aprovec!ar la refracción de la luz para orientarse
G. 3Iu+ son los espe%os4
a* :nstrumentos ópticos de superficies rugosas ue producen refle'ión especular
b* :nstrumentos ópticos de superficies lisas ue producen refracción especular
c* :nstrumentos ópticos formados por superficies lisas ue producen refle'ión
especular
d* :nstrumentos ópticos de superficies rugosas ue producen refracción especular
8. 3Iu+ fórmula utilizaría para calcular >, conociendo y p4
a* H =q
p
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b* H =q
f −1
c* H =f
f − p
d* H = R2 p− R
Lectura 3: Lentes correctoras de los defectos de la visión
(efectos de la vista
El o%o puede ser considerado un sistema de lentes. 5uando algún elemento del o%o no
funciona como es debido, la imagen ue llega al cerebro está desenfocada. Algunasenfermedades típicas de la vista son la miopía, la !ipermetropía y el astigmatismo. En
la Edad =edia, algunos mon%es utilizaban ya lentes correctoras para corregir estos
defectos visuales. A!ora se emplean gafas o lentes ue modifican la trayectoria de la
luz.
La miopía
La miopía se produce cuando el o%o no es capaz de enfocar correctamente las imágenes
de ob%etos le%anos. e esta forma, la imagen se forma delante de la retina y los ob%etos
le%anos se ven borrosos.
Al utilizar una lente divergente, se dispersan estos rayos de tal forma ue al llegar a la
córnea y converger por la refracción ue sufren en este medio, el punto de formación
de la imagen se corrige, coincidiendo a!ora con la retina. e esta manera la imagen
formada se ve adecuadamente.
La )ipermetropía
En un o%o !iperm+trope, las imágenes tampoco se forman correctamente. En este caso
se tiene más dificultad para enfocar ob%etos cercanos. La imagen se forma detrás de laretina y los ob%etos cercanos se ven borrosos.
Al utilizar una lente convergente, se concentran estos rayos para ue al llegar a la
córnea, la refracción ue sufran sea suficiente para ue el punto de formación de la
imagen sea más cercano al normal, es decir ue la imagen se forma en la retina.
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La presicia
El o%o !umano no es capaz de enfocar correctamente ob%etos situados a menos de C cm.
Esta distancia, sin embargo, se modifica con la edad, de forma ue las personas
mayores tienen más dificultad para enfocar los ob%etos cercanos. Esto se conoce como
presbicia o vista cansada.
5omo las personas miopes pueden enfocar ob%etos más cercanos de lo normal, la
presbicia ue se aduiere con la edad compensa en cierto modo la miopía. $or lo tanto,
la miopía no aumentará normalmente con la edad, mientras ue la !ipermetropía sí,
porue en ese caso se suman sus efectos con los de la presbicia.
?. 3Iu+ pasa cuando un elemento el o%o no funciona como es debido4
a* la imagen ue llega al cerebro está invertida
b* la imagen ue llega al cerebro est+ enfocada
c* la imagen ue llega al cerebro está desenfocada
d* la imagen ue llega al cerebro está derec!a
1. 3Iu+ figura representa la miopía4
. 3Iu+ figura representa !ipermetropía4
G. 3Iu+ figura representa el o%o normal4
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8. 3Iu+ figura representa el o%o astigmático4
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