Tecnología de la Información y la Comunicación

¿Qué es la luz?¿Qué es la luz?

• NewtonNewton: : la luz es un haz de la luz es un haz de partículaspartículas

• HuygensHuygens: La luz es una : La luz es una ondaonda

• Debido a la gran fama de Newton su Debido a la gran fama de Newton su modelo de partículas se acepta hasta el modelo de partículas se acepta hasta el siglo XVIIIsiglo XVIII

• No se podía aceptar que una onda viajase No se podía aceptar que una onda viajase en le vacío --> ¿Qué es lo que vibra? en le vacío --> ¿Qué es lo que vibra?

• En el s. XIX se acepta el modelo En el s. XIX se acepta el modelo ondulatorioondulatorio

• S. XX: S. XX: La luz tiene propiedades de La luz tiene propiedades de onda y partículaonda y partícula

Introduciendo la luzIntroduciendo la luzRayos de luzRayos de luz - Se reciben y no se emiten por - Se reciben y no se emiten por

los ojoslos ojos - Viajan en línea recta- Viajan en línea recta - No necesitan un medio para - No necesitan un medio para

propagarsepropagarse - Se disipan al atravesar un - Se disipan al atravesar un

medio medio - Existen medios en los que no - Existen medios en los que no

hay propagaciónhay propagación - ¿Partículas u ondas?- ¿Partículas u ondas?

Fuentes de luz: objetos a altas Fuentes de luz: objetos a altas temperaturas, átomos excitadostemperaturas, átomos excitados

fuente puntualfuente puntual (a) (a) fuente extensafuente extensa (b) (cada punto es un (b) (cada punto es un

emisor) emisor) fuentes directasfuentes directas (reflectores, lásers) (reflectores, lásers)

Velocidad de la luzVelocidad de la luz• Se consideró que tenía velocidad infinitaSe consideró que tenía velocidad infinita• Para medir la velocidad de la luz necesitamos:Para medir la velocidad de la luz necesitamos: - fuentes potentes- fuentes potentes - largas distancias - largas distancias - medir intervalos de tiempo pequeños- medir intervalos de tiempo pequeños• Aproximación Hippolyte Fizeau (1849)Aproximación Hippolyte Fizeau (1849)

• Velocidad en el vacío: Velocidad en el vacío: 299,792,458 m/s299,792,458 m/s (~ (~ 3x103x1088 m/sm/s))

• La velocidad es menor en otros mediosLa velocidad es menor en otros medios• La velocidad de la luz en el vacío es una constante La velocidad de la luz en el vacío es una constante

universal: no depende de la velocidad relativa de la universal: no depende de la velocidad relativa de la fuente y el observador-> relatividad especial de fuente y el observador-> relatividad especial de EinsteinEinstein

Modulación en amplitudModulación en amplitud

LEYES OPTICASLEYES OPTICAS

• Reflexión Reflexión • Refracción Refracción • Velocidad K.Velocidad K.• Propagación Propagación

RectilíneaRectilínea• Reversibilidad de Reversibilidad de

los caminos los caminos ópticos.ópticos.

• Difracción.Difracción.• Interferencia.Interferencia.

Reflexión de la luz: leyesReflexión de la luz: leyes

1.El ángulo de reflexión es igual al de incidencia 2. El rayo reflejado, la normal y el incidente están en el mismo plano

Índice de RefracciónÍndice de Refracción • Cuando la luz pasa de un material a Cuando la luz pasa de un material a

otro cambia de dirección: refracciónotro cambia de dirección: refracción• Depende de las propiedades ópticas Depende de las propiedades ópticas

de los dos medios --> caracterizadas de los dos medios --> caracterizadas por su índice de refracciónpor su índice de refracción: n: n

• n es un número: n=1 para el vacío, n es un número: n=1 para el vacío, n=1.33 agua, n=2.42 diamante, n=1.33 agua, n=2.42 diamante, n=1.5-1.9 vídrio …….n=1.5-1.9 vídrio …….

• El índice de refracción define la El índice de refracción define la velocidad de la luz en el medio velocidad de la luz en el medio v=c/nv=c/n

Conceptos geométricos:-rayo incidente-rayo refractado-normal en el punto de incidencia-ángulo incidente-ángulo refractado

Propagación de la luz:Propagación de la luz:

• Frente de ondasFrente de ondas: Puntos del espacio : Puntos del espacio alcanzados por la onda en un tiempo fijo alcanzados por la onda en un tiempo fijo ( se encuentran en la misma fase de ( se encuentran en la misma fase de vibración de la perturbación)vibración de la perturbación)

• Rayo luminosoRayo luminoso: marca la dirección de : marca la dirección de propagación de la onda y es propagación de la onda y es perpendicular al frente de ondas.perpendicular al frente de ondas.

Propagación de la luz: Propagación de la luz: Huygens y FermatHuygens y Fermat

• Principio de FermatPrincipio de Fermat: Para ir de un : Para ir de un punto a otro la luz se propaga por el punto a otro la luz se propaga por el camino óptico de tiempo mínimocamino óptico de tiempo mínimo

ReflexiónReflexión• La reflexión de la luz se puede La reflexión de la luz se puede

explicar en un modelo de partículas explicar en un modelo de partículas

• Una partícula que choca Una partícula que choca elésticamente con una pared se elésticamente con una pared se refleja - refleja -

• Las ondas también se reflejanLas ondas también se reflejan

- ángulo de reflexión=ángulo de - ángulo de reflexión=ángulo de incidencia incidencia

• La reflexión de la luz La reflexión de la luz

nos indica su naturalezanos indica su naturaleza

Reflexión de la luzReflexión de la luz• Algunas cosas son visibles porque son fuentes de luzAlgunas cosas son visibles porque son fuentes de luz• Otras, reflejan la luzOtras, reflejan la luz• Reflexión en superficies rugosas: reflexión difusaReflexión en superficies rugosas: reflexión difusa• Reflexión en superfices suaves: reflexión especularReflexión en superfices suaves: reflexión especular• Es independiente del color ( frecuencia)Es independiente del color ( frecuencia)

RefracciónRefracción• Refracción según Newton:Refracción según Newton: - Las partículas experimentan una - Las partículas experimentan una

fuerza dirigida hacia el materialfuerza dirigida hacia el material - La fuerza perpendicular hace - La fuerza perpendicular hace

acercarse a las partículas hacia la acercarse a las partículas hacia la normalnormal

- predice una relación entre él - predice una relación entre él ángulo de refracción y el de ángulo de refracción y el de incidenciaincidencia

• Refracción como ondasRefracción como ondas: : - La frecuencia es la misma en los - La frecuencia es la misma en los

dos materialesdos materiales - La velocidad de la onda es diferente - La velocidad de la onda es diferente

en los dos materiales v=c/nen los dos materiales v=c/n - Cambia la longitud de ondas- Cambia la longitud de ondas - Existe una relación entre el ángulo - Existe una relación entre el ángulo

de incidencia y el de refracción:de incidencia y el de refracción: 2211 )sin()sin( nn

Las leyes de la refracción Las leyes de la refracción de Snellde Snell• Si la luz viaja del material 1 con índice de Si la luz viaja del material 1 con índice de

refracción nrefracción n1 1 al material 2 con índice de al material 2 con índice de refracción nrefracción n2 2 , las siguientes leyes , las siguientes leyes determinan la dirección del rayo refractadodeterminan la dirección del rayo refractado::

2211 )sin()sin( nn

1

2

1

2

El rayo incidente, la normal al punto de incidencia y el rayo refractado están todos en el mismo plano

Ejemplos de reflexión Ejemplos de reflexión totaltotal• Refracción AtmosféricaRefracción Atmosférica

- La atmósfera está hecha con capas - La atmósfera está hecha con capas de diferente densidad y temperatura de diferente densidad y temperatura

-->Tienen diferente índice de -->Tienen diferente índice de refracción --> la luz se refractarefracción --> la luz se refracta

- distorsión de la forma de - distorsión de la forma de la Luna o el Sol en el horizontela Luna o el Sol en el horizonte

- Posición aparente de las - Posición aparente de las estrellas diferente de la realestrellas diferente de la real

- Si la luz va de capas de índice de - Si la luz va de capas de índice de refracción mayor a índice de refracción mayor a índice de refracción menor --> reflexión total: refracción menor --> reflexión total: espejismosespejismos

DispersiónDispersión• El índice de refracción El índice de refracción

de un medio depende de un medio depende de la frecuencia del rayo de la frecuencia del rayo de luz de luz

• La luz violeta se refracta La luz violeta se refracta más que la roja ..….. más que la roja ..…..

• Se puede descomponer Se puede descomponer la luz blanca en sus la luz blanca en sus componentes: prismas, componentes: prismas, arco irís…arco irís…

rojoviol nn .

Espectrofotometría

Curiosidades ICuriosidades I• El cielo es azul porque las El cielo es azul porque las

moléculas de aire dispersan moléculas de aire dispersan ( absorben y emiten) las ( absorben y emiten) las longitudes de onda cortas longitudes de onda cortas ( azules y violetas).( azules y violetas).

• En el horizonte se ve más blanco En el horizonte se ve más blanco debido a que parte de la luz azul debido a que parte de la luz azul se ha ido en otras direcciones.se ha ido en otras direcciones.

• El sol se observa amarillo porque El sol se observa amarillo porque la atmósfera ha dispersado los la atmósfera ha dispersado los azules y violetas.azules y violetas.

• En el espacio exterior, sin En el espacio exterior, sin atmósfera, el cielo es negro ( no atmósfera, el cielo es negro ( no hay dispersión) y el sol es blanco hay dispersión) y el sol es blanco ( se ven todas las longitudes de ( se ven todas las longitudes de onda)onda)

Curiosidades IICuriosidades II

• Al atardecer o al Al atardecer o al amanecer la luz del sol amanecer la luz del sol debe hacer un largo debe hacer un largo recorrido a través de la recorrido a través de la atmósfera hasta llegar atmósfera hasta llegar a nuestros ojosa nuestros ojos gran gran parte de la luz azul e parte de la luz azul e incluso verde se refleja incluso verde se refleja y se dispersay se dispersa quedan quedan los tonos naranjas y los tonos naranjas y rojos. Pueden darse rojos. Pueden darse otras tonalidades si en otras tonalidades si en el aire hay moléculas el aire hay moléculas de agua o polvo.de agua o polvo.

214 =11010110 (2

. Blue Tooth.

. Electromagnetismo.

Reflexión total: fibra Reflexión total: fibra ópticaóptica

•Guías de luz: son fibras ópticas usadas en comunicación, medicina, ciencia, decoración, fotografía….