Propagaci

1
Propagación de la luz
2
La luz y su propagación.

• Viaje en todas direcciones Para describir su
  propagación se considera que las partículas se
  mueven en línea recta.

Transmisión a través de las sustancias Opacas ,
transparentes y traslúcidas Opacas Los rayos de
luz son incapaces de pasarlas Ej. Muro de
ladrillo Transparentes La luz es capaz de
pasarlas y en ellas seguir la misma dirección de
Propagación. Ej. Agua, Vidrio,
Aire Traslúcidas La luz se dispersa, lo que da
lugar a que a través de ellas no se Puedan ver
imágenes con nitidez. Ej. Papel, Cristal
Esmerilizado.
3
Velocidad de propagación

• La luz en cada medio se propaga con una
  velocidad característica.

Rapidez de la luz Medio
Rapidez (km/s) Vacío
- 300.000 Agua
-
220.000 Vidrio -
200.000 Diamante -
120.000
Entre más denso, menor velocidad
4
Propagación de la luz en el vacío

• El sonido sólo se propaga a través de medios
  materiales, en cambio, la luz, por tratarse de
  una onda electromagnética además de propagarse
  por medios materiales, se propaga también en el
  vacío.
• Por esto nos llega la luz del Sol y las
  estrellas, lo que además de permitir que exista
  vida en nuestro planeta, nos permite estudiar el
  universo de los astros.

5
Transmisión de la luz

• La luz es capaz de atravesar diversos objetos,
  algunos con mayor eficacia que otros, como ya lo
  hemos visto. En la transmisión de la luz pueden
  ocurrir diversos fenómenos tales como reflexión,
  refracción y absorción.

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Refracción

• Este efecto se debe a los cambios que sufre la
  rapidez de la luz cuando pasa de un medio a otro,
  o cuando atraviesa zonas de diferente densidad y
  temperatura de un mismo medio, los cuales
  modifican la dirección de los rayos de luz
  haciendo que unos se refracten y que otros se
  reflejen.

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Absorción

• Cuando un rayo luminoso se propaga por un medio,
  va disminuyendo paulatinamente su intensidad. Se
  dice que ese medio lo absorbe.También sucede que
  al reflejarse la luz solar sobre una sustancia,
  una parte de ella se absorba, produciendo la
  sensación de color, por ejemplo, si una sustancia
  absorbe todos los colores de la luz, menos el
  verde, que se refleja, esa sustancia la veremos
  de color verde

8
Naturaleza de la luz Ondulatoria o Corpuscular?

•     Dejando de lado las ideas más antiguas sobre
  la naturaleza de la luz, los máximos
  protagonistas de esta historia son Isaac Newton y
  Cristian Huygens. Ambos científicos fueron
  contemporáneos y llegaros a conocerse en 1689. un
  año más tarde aparece la obra de Huygens,
  mientras que Newton publica su obra en 1704. en
  sus obras aparecen las dos teorías clásicas
  ondulatoria y corpuscular sobre la naturaleza de
  la luz.

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Teoría Corpuscular

•     Esta teoría se debe a Newton (1642-1726). La
  luz está compuesta por diminutas partículas
  materiales emitidas a gran velocidad en línea
  recta por cuerpos luminosos. La dirección de
  propagación de estas partículas recibe el nombre
  de rayo luminoso.
•     La teoría de Newton se fundamenta en estos
  puntos
• Propagación rectilínea. La luz se propaga en
  línea recta porque los corpúsculos que la forman
  se mueven a gran velocidad. 
• Reflexión. se sabe que la luz al chocar contra un
  espejos se refleja. Newton explicaba este
  fenómeno diciendo que las partículas luminosas
  son perfectamente elásticas y por tanto la
  reflexión cumple las  leyes del choque elástico.
• Refracción. El hechos de que la luz cambie la
  velocidad en medios de distinta densidad,
  cambiando la dirección de propagación, tiene
  difícil explicación con la teoría corpuscular.
  Sin embargo Newton supuso que la superficie de
  separación de dos medios de distinto índice de
  refracción ejercía una atracción sobre las
  partículas luminosas, aumentando así la
  componente normal de la velocidad mientras que la
  componente tangencial permanecía invariable.
• Según esta teoría la luz se propagaría con mayor
  velocidad en medios más densos. Es uno de los
  puntos débiles de la teoría corpuscular.

10
Teoría Ondulatoria

• Fue idea del físico holandés C. Huygens. La luz
  se propaga mediante ondas mecánicas emitidas por
  un foco luminoso. La luz para propagarse
  necesitaba un medio material de gran elasticidad,
  impalpable que todo lo llena, incluyendo el
  vacío, puesto que la luz también se propaga en
  él. A este medio se le llamó éter.
• La energía luminosa no está concentrada en cada
  partícula, como en la teoría corpuscular sino que
  está repartida por todo el frente de onda. El
  frente de onda es perpendicular a las direcciones
  de propagación. La teoría ondulatoria explica
  perfectamente los fenómenos luminosos mediante
  una construcción geométrica llamada Principio de
  Huygens. además según esta teoría, la luz se
  propaga con mayor velocidad en los medios menos
  densos. a pesar de esto, la teoría de Huygens fue
  olvidada durante un siglo debido a la gran
  autoridad de Newton.
• En 1801 el inglés T. Young dio un gran impulso a
  la teoría ondulatoria explicando el fenómeno de
  las interferencias y midiendo las longitudes de
  onda correspondientes a los distintos colores del
  espectro.
• La teoría corpuscular era inadecuada para
  explicar el hecho de que dos rayos luminosos, al
  incidir en un punto pudieran originar oscuridad.
•  

11
Naturaleza dual de la luz

• A finales del siglo XIX se sabía ya que la
  velocidad de la luz en el agua era menor que la
  velocidad de la luz en el aire contrariamente a
  las hipótesis de la teoría corpuscular de Newton.
  En 1864 Maxwell obtuvo una serie de ecuaciones
  fundamentales del electromagnetismo y predijo la
  existencia de ondas electromagnéticas. Maxwell
  supuso que la luz representaba una pequeña
  porción del espectro de ondas electromagnéticas.
  Hertz confirmó experimentalmente la existencia de
  estas ondas. El estudio de otros fenómenos como
  la radiación del cuerpo negro, el efecto
  fotoeléctrico y los espectros atómicos puso de
  manifiesto la impotencia de la teoría ondulatoria
  para explicarlos. En 1905, basándose en la teoría
  cuántica de Planck, Einstein explicó el efecto
  fotoeléctrico por medio de corpúsculos de luz que
  él llamó fotones. Bohr en 1912 explicó el
  espectro de emisión del átomo de hidrógeno,
  utilizando los fotones, y Compton en 1922 el
  efecto que lleva su nombre apoyándose en la
  teoría corpuscular de la luz.
• Apareció un grave estado de incomodidad al
  encontrar que la luz se comporta como onda
  electromagnética en los fenómenos de propagación
  , interferencias y difracción y como corpúsculo
  en la interacción con la materia.
• No hay por qué aferrarse a la idea de
  incompatibilidad entre las ondas y los
  corpúsculos, se trata de dos aspectos diferentes
  de la misma cuestión que no solo no se excluyen
  sino que se complementan.

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• REFLEXIÓN DE LA LUZ

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• Reflexión
• Cuando una onda llega a una frontera entre dos
  medios, una parte de la onda (porque otra pequeña
  parte es absorbida), rebota hacia el primer
  medio. Este es el fenómeno de reflexión.

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Ley de la reflexiónEl ángulo que forma el rayo
incidente con la normal, llamado ángulo de
incidencia, es igual al ángulo que forma el rayo
reflejado con la normal, o sea, ángulo de
reflexión.
15

• Ley de reflexión y el principio de Fermat.
• De acuerdo a la ley de reflexión, el ángulo con
  que incide un rayo de luz respecto de la normal
  es igual al ángulo con que se refleja. De dicha
  ley se deriva el principio de Fermatde todos
  los caminos posibles que puede seguir la luz,
  ella adopta el que toma menor tiempo.

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Imagen real y virtual

• Imagen real Cuando el ojo está percibiendo una
  imagen real, los rayos de luz provenientes de ese
  objeto llegan sobre la retina directamente del
  objeto . (No son prolongaciones del rayo, pueden
  ser rayos directo o por reflejo en un espejo o
  lente)

• Imagen virtual Cuando el ojo percibe una imagen
  virtual esos rayos que ve el ojo proceden del
  espejo (La imagen se percibe en el lugar donde
  convergen las prolongaciones de esos rayos
  divergentes)

Nota Es importante considerar la posición del
observador para determinar si la Imagen es real
o virtual
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Imagen real
En el diagrama anterior se muestran un par de
pinceles (rayos) que ayudan a formar la imagen
retiniana de un objeto real y también de una
imagen virtual (producida por un espejo plano), y
la única diferencia ente un caso y el otro es que
cuando el ojo está percibiendo un objeto real los
pinceles que caen sobre la retina proceden
directamente del objeto, mientras que cuando
percibe una imagen virtual esos pinceles proceden
del espejo ... pero en cuanto a su divergencia es
igual (las vemos de igual forma en nuestro
cerebro).
Imagen virtual
18
Formación de imágenes

• Reflexión en espejos convexos
• En los espejos convexos siempre se forma una
  imagen virtual, derecha y de menor tamaño con
  respecto al objeto

19
Formación de imágenes

• Reflexión de espejos cóncavos
• Imagen real, invertida y más pequeña

20
Formación de imágenes

• Reflexión de espejos cóncavos
• Imagen real, invertida y de igual tamaño.

21
Formación de imágenes

• Reflexión de espejos cóncavos
• Imagen virtual, derecha y de mayor tamaño.

22
Formación de imágenes

• Reflexión de espejos cóncavos
• Imagen real, invertida y de mayor tamaño.

23
Lentes Convergentes y Divergentes
24
Lentes Convergentes

• Las lentes convergentes son más gruesas por el
  centro que por los bordes, y la distancia focal
  de estas lentes se considera positiva

25
Lente convergente Los rayos paralelos
procedentes del infinito convergen sobre el plano
focal imagen, la imagen es VIRTUAL (dentro del
espejo), (derecho si esta adelante del centro de
curvatura o invertido si esta atrás del centro de
curvatura) y MAS GRANDE.
Imagen virtual porque el observador esta detrás
del trébol, recibe rayos prolongados
26
Tipos de Lentes Convergentes
27
Lentes Divergentes

• Las lentes divergentes son más gruesas por los
  bordes y se estrechan en el centro, la distancia
  focal de estas lentes se considera negativa.

28
Tipos de Lentes Divergentes
29
Formación de imágenes en Lentes Convergentes y
Divergentes

• Las lentes convergentes, para objetos alejados,
  forman imágenes reales, invertidas y de menor
  tamaño que los objetos

30

• Para objetos próximos forman imágenes virtuales,
  derechas y de mayor tamaño.

31

• Las imágenes producidas por las lentes
  divergentes son virtuales, derechas y menores que
  los objetos

32
Óptica del Ojo Humano
33
Etapas del Acto visual

• 1.-Formación de la imagen
• 2.-Nacimiento del influjo nervioso
• 3.-Transmisión del impulso nervioso a través del
  nervio óptico.
• 4.-Interpretación del impulso nervioso, en la
  corteza cerebral.

34
Formación de la imagen

• Cuando miramos a un objeto, el cristalino (lente
  convergente)  forma una imagen real e inversa de
  ese objeto, localizada exactamente sobre la
  retina, y en esas condiciones,  vemos claramente
  el objeto. A pesar de que la imagen formada en la
  retina es inversa, el mensaje que es enviado al
  cerebro pasa por procesos complejos, haciendo que
  veamos el objeto en posición correcta.

35
(No Transcript)
36

• Conseguimos ver nítidamente un objeto,  tanto si
  él está lejos como si está próximo de nuestro
  ojo. Esto ocurre por que la imagen es siempre
  formada sobre la retina, para cualquier distancia
  del objeto a nuestro ojo. Para que esto ocurra,
  la distancia focal del cristalino debe ser
  diferente para cada posición del objeto. 

37

• Este efecto es producido por la acción  de los
  músculos del ojo, que, actuando sobre el
  cristalino provocan alteraciones en su
  curvatura.  Esta propiedad del ojo es llamada
• Acomodación visual

38
Defectos de la Visión
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Miopía

• La miopía se caracteriza por una deficiencia en
  la visión lejana dando como resultado un esfuerzo
  notorio para poder distinguir los objetos a
  distancia.

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Hipermetropía

• La hipermetropía puede ser producida porque el
  poder de enfoque de la córnea y el cristalino es
  menor de lo normal. También es posible la
  hipermetropía por ser el ojo muy pequeño. Es por
  esta razón que los objetos cercanos y los lejanos
  son enfocados detrás de la retina.

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Astigmatismo

• El astigmatismo es el resultado de la desigualdad
  o irregularidad de la curvatura corneal, no
  siendo igual en la totalidad de su superficie.

42
Presbicia

• Esto se debe a al endurecimiento del cristalino
  que con el paso de los años, provoca un menor
  cambio en su forma.
• Un ejemplo claro de esta enfermedad, es cuando
  vemos a los adultos mayores alejar cada vez mas
  el periódico para poder leer con claridad.

43
(No Transcript)
44
Estrabismo

• Es la pérdida del paralelismo de los ojos. Los
  dos ojos no miran al mismo sitio, uno de ellos
  dirige la mirada al objeto que fija, mientras que
  el otro se desvía en otra dirección.

45
El Telescopio
46
Telescopio
Un telescopio es básicamente un instrumento
óptico que recoge cierta cantidad de luz y la
concentra en un punto. La cantidad de luz captada
por el instrumento depende fundamentalmente de la
apertura del mismo (el diámetro del objetivo).
Para visualizar las imágenes se utilizan los
oculares, los cuales se disponen en el punto
donde la luz es concentrada por el objetivo
(plano focal). Son estos los que proporcionan la
ampliación al telescopio.

47

Existen dos grandes divisiones entre los
telescopios, según el tipo de objetivo que
utilizan los reflectores y los refractores. Los
reflectores se constituyen de un espejo principal
(espejo primario u objetivo), el cual no es plano
como los espejos convencionales, sino que fue
provisto de cierta curvatura (parabólica) que le
permite concentrar la luz en un punto.
Los telescopios refractores poseen como objetivo
una lente (o serie de lentes) que de forma
análoga al funcionamiento de una lupa, concentran
la luz en el plano focal.
48
Telescopio Refractor
49
Telescopio Reflector
50
Propiedades y fórmulas

Distancia focal Es distancia comprendida entre
el objetivo del telescopio
(sea un reflector o refractor) y el plano focal
del mismo. Esta medida varia según el diámetro
del objetivo y del diseño del mismo (la curvatura
del espejo, por ejemplo). La medida se suele dar
en milímetros y sirve para calcular cosas como el
aumento, la razón focal, etc.  

51

• Razón focal La razón focal (o F/D) es un índice
  de cuan luminoso es el telescopio. Esta medida
  esta relacionada con la focal y el diámetro del
  objetivo. Cuanto mas corta es la distancia focal
  y mayor el objetivo, mas luminoso será el
  telescopio.
• Para calcular el F/D de un telescopio solo hay
  que dividir la distancia focal por el diámetro
  del objetivo, todo en las mismas unidades
• F/D F mm / D mm

Así, un telescopio de 910 mm de focal (F), con
114 mm de diámetro (D) posee una razón focal de
8. Este valor sin unidades representa cuan
luminoso es un telescopio.
52

• Aumentos Los aumentos o ampliación no son la
  cantidad de veces mas grande que se observa un
  objeto, como suele creerse, sino que se refiere a
  como será observado si nos ubicásemos a una
  distancia "tantas veces" mas cercana al objeto.

Por ejemplo si observamos a la Luna con 36
aumentos (36x, nombrado 36 "por") y sabemos que
esta se localiza a unos 384.000 kilómetros de
distancia, nos aparecerá tal cual seria observada
desde solo 10.666 kilómetros. Esto se calcula
fácilmente dividiendo la distancia por la
ampliación utilizada.
53

• Para saber cuantos aumentos estamos utilizando
  debe conocerse la distancia focal de nuestro
  telescopio y la distancia focal del ocular
  dispuesto, dado que son estos últimos los que
  proveen de la ampliación a cualquier telescopio.
  A menor distancia focal, mayor será la ampliación
  utilizada. Para calcular los aumentos
  implementados debe dividirse la distancia focal
  del telescopio por la distancia focal del ocular
  
• A Ft mm / Fo mm

Donde A son los aumentos, Ft la focal del
telescopio y Fo la focal del ocular.
54
Resolución
Se llama resolución o poder separador a la
capacidad de un telescopio de mostrar de forma
individual a dos objetos que se encuentran muy
juntos, usualmente llamada "límite de Dawes".
Esta medida se da en segundos de arco y esta
estrechamente ligada al diámetro del objetivo,
dado que a mayor diámetro mayor es el poder
separador del instrumento.
55
Para calcular la resolución de un telescopio se
utiliza la siguiente fórmula R " 4.56 / D
pulgadas

• En donde R es la resolución en segundos de arco,
  D es la apertura (diámetro del objetivo) en
  pulgadas (1 pulgada 2,54 cm), y 4.56 es una
  constante. Hay que notar que el resultado del
  calculo es totalmente teórico, dado que el poder
  separador de cualquier instrumento instalado
  sobre la superficie terrestre esta severamente
  influenciado por la atmósfera.

56

• Magnitud límite

La magnitud máxima a la cual aspiramos observar
es uno de los mas importantes factores a la hora
de iniciar por primera vez nuestras
observaciones. Esta característica esta
íntimamente ligada al diámetro del objetivo, a
mayor diámetro mayor será el poder recolector de
luz el cual permitirá observar objetos mas
débiles. Para calcularla se emplea la siguiente
fórmula MLIMITE 7,5 5 . Log D cm
Donde MLIMITE es la magnitud límite, y D es el
diámetro del objetivo en cm.
57

• Campo visual

Se denomina campo visual al tamaño de la porción
de cielo observado a través del telescopio con
cierto ocular y trabajando bajo cierta
ampliación. Para calcularlo se deben conocer los
aumentos provistos con el ocular utilizado (ver
mas arriba) y también el campo visual del ocular.
Para calcular el campo visual se divide el campo
aparente del ocular por la ampliación utilizada.
Cr grados Ca grados / A

• Donde Cr es el campo real en grados, Ca el campo
  aparente del ocular en grados y A es la
  ampliación que provee ese ocular.

58
Resumen de fórmulas

• Razón Focal (f/d)  f/d F mm  / D mm
• Aumentos A F mm / Foc mm
• Ampliación Máxima Amax 2,3 x D
• Campo Real Cr grados Ca grados / A
• Resolución R " 4,56 / D pulgadas
• Magnitud Límite M 7,5 5 . Log D cm

59

• f/d Razón FocalD Diámetro del objetivoA
  Aumentos (Amax Máximos Aumentos)F Distancia
  Focal del telescopioFoc Distancia Focal del
  ocularCr Campo RealCa Campo Aparente
  (ocular)R ResoluciónM Magnitud

60
Ejercicios

• Si una onda luminosa pasa del aire al agua,
  entonces su
• A) longitud de onda disminuye.
• B) rapidez de propagación aumenta.
• C) frecuencia disminuye.
• D) longitud de onda aumenta.
• E) frecuencia aumenta.

61

• Clave A.
• En esta pregunta se deben reconocer como varían
  las propiedades de una onda luminosa al cambiar
  de medios. En particular se debe tener claro que
  la rapidez de propagación y la longitud de onda
  dependen del medio, sin embargo, la frecuencia no
  varía cuando la onda cambia de medio.
  Adicionalmente es necesario conocer que la
  rapidez de propagación de una onda luminosa es
  menor en el agua que en el aire, lo cual no es
  más que recordar información significativa de la
  disciplina.

62

• Cuando se coloca un objeto frente a un espejo
  plano se forma una imagen de este. Cuál de las
  siguientes afirmaciones NO CORRESPONDE a las
  imágenes formadas en este tipo de espejos?
• A. Presenta una inversión de derecha a izquierda
• B. El tamaño de la imagen es igual al del objeto
• C. La distancia entre el objeto y el espejo es
  la misma que entre la imagen y el espejo
• D. Se forman imágenes reales
• E. Las imágenes se sitúan en la parte posterior
  del espejo

63

• Cuando se coloca un objeto frente a un espejo
  plano se forma una imagen de este. Cuál de las
  siguientes afirmaciones NO CORRESPONDE a las
  imágenes formadas en este tipo de espejos?
• A. Presenta una inversión de derecha a izquierda
• B. El tamaño de la imagen es igual al del objeto
• C. La distancia entre el objeto y el espejo es
  la misma que entre la imagen y el espejo
• D. Se forman imágenes reales
• E. Las imágenes se sitúan en la parte posterior
  del espejo

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• Las imágenes reales formadas por espejos se
  obtienen
• A. Al poner un objeto frente a un espejo plano
• B. Al poner un objeto frente a un espejo convexo
• C. Al poner un objeto frente a un espejo
  cóncavo, a una distancia menor a la focal
• D. Al poner un objeto frente a un espejo
  cóncavo, a una mayor distancia de la focal
• E. En todas las situaciones anteriores.

65

• Las imágenes reales formadas por espejos se
  obtienen
• A. Al poner un objeto frente a un espejo plano
• B. Al poner un objeto frente a un espejo convexo
• C. Al poner un objeto frente a un espejo
  cóncavo, a una distancia menor a la focal
• D. Al poner un objeto frente a un espejo
  cóncavo, a una mayor distancia de la focal
• E. En todas las situaciones anteriores.

66
Las gafas de corrección de la miopía usan lentes
que son

• I Convergentes.
• II Divergentes.
• III De otro tipo.
• Sólo I
• Sólo II
• Sólo III
• I o III
• No se puede corregir

67

• SOL
• b) sólo II
• Las lentes de corrección de la miopía se usan
  para que una imagen que se forma delante del ojo
  se forme más atrás, evitando forzar el ojo y
  evitando una mala visión en el caso de que no
  poder forzarlo suficientemente. Para esto es
  necesario hacer diverger los rayos de luz que
  inciden en ellas.

68
Que es un lente convergente?

• a) Lente que converge los rayos de luz atrás del
  punto focal
• b) Lente que converge la luz en el punto focal
• c) Lente bicóncavo que diverge la luz produciendo
  una imagen mas pequeña. virtual y derecha
• d) Lente que sitúa la luz en el vértice y luego
  de mueve paralelo al eje óptico
• e) Lente que converge la luz delante del centro
  de circunferencia

69
En las lentes convergentes la imagen es

• a) Derecha, menor y virtual.
• b) Derecha mayor y real.
• c) Depende de la posición del objeto.
• d) Invertida, mayor y real
• e) Ninguna de las anteriores

70

• SOL. c
• Depende de la posición del objeto, ya que si está
  separado de la lente más de 2 veces la distancia
  focal, tendrá una imagen real, invertida y menor.
  Con una separación igual a 2f la imagen será
  real, invertida y del mismo tamaño. Si está
  situado entre f y 2f la imagen será real,
  invertida y mayor. Para distancias menores, la
  imagen es virtual, derecha y mayor