Capitulo I: La Luz

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CAPITULO I: La Luz CAPITULO I: LA LUZ 1 1 La luz 1.1.1.- El nanómetro 1.2.- El espectro p visible 1.3.- Naturaleza de la luz 1.4.- Fuentes de luz 2.- La Materia y la luz 2.1.- Fórmula R.A.T. 2 2 - Absorción 2.2. 2.3.- Reflexión 2.3.1-Tipos de reflexión 2.4.- Transmisión 2.5.- Refracción 2 6 Dispersión 2.6.2.7.- Difracción 2.8.- Polarización 2.9.- Intensidad y distancia de la luz 2.10.- Sombra y penumbra CAPITULO I: LA LUZ 2 1.- La luz 1. Hoy se sabe que la luz es un pequeño conjunto de radiaciones electromagnéticas que es capaz de ser percibido por el ojo h humano y cuya longitud l it d de onda determina su color. Movimiento ondulatorio asociado a las radiaciones electromagnéticas g CAPITULO I: LA LUZ 3 1.1..- El nanómetro (nm.) La luz se propaga en línea recta en forma de rayo pero como cualquier radiación de energía rayo, electromagnética la luz visible también puede ser concebida en forma de onda. Así entendida, la energía se mueve hacia adelante como una ola, y la distancia entre cada una de sus crestas es lo q que se llama “longitud g de onda” -que se referencia con la letra griega lambda (λ)-. g de onda que q corresponden p a la luz Las longitudes visible son bastante pequeñas en términos convencionales, en torno a los 0,0000005 metros (es decir: 10-6 metros). Para mayor comodidad, usamos la medida del nanómetro (nm.), que mide una milmillonésima parte de un metro (10-99 metros). metros) El tamaño de la longitud de onda determina el color de la luz luz. CAPITULO I: LA LUZ COLOR λ violeta 380–450 nm azul 450–495 nm verde 495–570 nm amarillo 570 590 nm 570–590 anaranjado 590–620 nm rojo 620–780 nm 4 1.2..- El espectro visible Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas electromagnéticas. Se denomina espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. percibir El ojo humano es sensible a una pequeña franja de longitudes de onda situadas entre los 380 y los 780 nanómetros, aproximadamente. COLOR λ violeta 380–450 nm azul 450–495 nm verde 495–570 nm amarillo 570–590 nm anaranjado 590–620 nm rojo 620–780 nm CAPITULO I: LA LUZ 5 1.3..- Naturaleza de la luz Propiedades de la naturaleza y comportamiento de la luz: • LLa luz l se mueve en forma f de d ondas. d Distintas Di i l longitudes i d de d onda d proporcionan a nuestros ojos distintas sensaciones de color. • La luz se propaga en línea recta. recta (dentro de una sustancia normal de composición uniforme). • gran velocidad (300.000 ( kilómetros por p segundo g La luz se mueve a una g en el vació). En otros medios se mueve ligeramente más despacio como el aire, el agua o el vidrio. • La luz también se comporta como si estuviera formada por partículas de energía o fotones. Éstos originan cambios químicos, alteran los colorantes, etc. CAPITULO I: LA LUZ 6 1.4..- Fuentes de luz U fuente Una f t d de lluz es simplemente algo que emite grandes cantidades de fotones en las longitudes de onda del espectro visible. Las fuentes de luz pueden ser naturales (el Sol) o artificiales (una lámpara). Lámpara incandescente halógena de Tungsteno Dentro de las artificiales tenemos p de incandescencia,, lámparas lámparas de descarga, lámparas fluorescentes, lámparas de flash electrónico, etc. Lámpara de flash electrónico Lámpara fluorescente CAPITULO I: LA LUZ 7 2.- La Materia y la luz 2 1.- Fórmula 2. Fó l R.A.T. RAT Cuando la luz alcanza una superficie esta puede ser: • ABSORBIDA • REFLEJADA • TRANSMITIDA La energía de la luz incidente debe ser igual a la suma de la energía de la luz reflejada, absorbida y transmitida. CAPITULO I: LA LUZ 8 2.2..- Absorción La materia suele absorber luz debido a una serie de fenómenos que ocurren a nivel molecular y atómico. Es muy usual que una sustancia concreta sea capaz de absorber ciertas cantidades de energía luminosa. En este sentido, las propiedades de absorción luminosa de los distintos materiales dependen de cuáles sean las longitudes de onda que componen una l dada. luz dada Esta absorción abso ción p puede ede e expresarse p esa se en la llamada curva c a de absorción espectral. La energía que las moléculas absorben suele ser disipada en forma de energía calorífica aunque a veces esta energía vuelve a emitirse como luz, dando lugar a fenómenos de fluorescencia y de fosforescencia. CAPITULO I: LA LUZ 9 2.3..- Reflexión Cuando la luz incide sobre una superficie lisa y brillante, se refleja totalmente en un ángulo igual al de incidencia incidencia. normal Rayo incidente i CAPITULO I: LA LUZ Rayo reflejado r LEYES FUNDAMENTALES DE LA REFLEXIÓN: • El ángulo de incidencia es igual al de reflexión. • Los rayos incidentes y reflejados están en el mismo plano que la normal (línea imaginaria perpendicular a la superficie del rayo) 10 2.3.1..- Tipos de reflexión POR O LA NATURALEZA U DE LA SUPERFICIE: SU C • ESPECULAR. Si un rayo incide sobre una superficie pulida. • DIFUSA. Si un rayo y incide sobre una superficie p microscópicamente p irregular g REFLEXIÓN ESPECULAR REFLEXIÓN DIFUSA CAPITULO I: LA LUZ 11 2.3.1..- Tipos de reflexión POR EL COLOR DE LA SUPERFICIE: • ACROMÁTICA. Cuando ninguna longitud de onda es reflejada más que otra. Por ejemplo: si la luz incidente es blanca y la reflejada también lo es. • CROMÁTICA. Cuando alguna longitud de onda es reflejada más que otra. REFLEXIÓN ACROMÁTICA CAPITULO I: LA LUZ REFLEXIÓN CROMÁTICA 12 2.4..- Transmisión Es el fenómeno por el cual la luz puede atravesar objetos no opacos. • La transmisión es directa cuando el haz de luz se desplaza en el nuevo medio íntegramente y de forma lineal. A estos medios se les conoce como transparentes. • La transmisión es difusa, si en el p el rayo y se interior del cuerpo dispersa en varias direcciones, tal como ocurre en el vidrio opal, ciertos plásticos, papel vegetal, etc. A estos materiales se les denomina translúcidos. CAPITULO I: LA LUZ 13 2.4..- Transmisión • Existe un tercer tipo de transmisión: la cromática. Ocurre cuando ciertos p o gelatinas g coloreadas dejan j pasar p sólo ciertas materiales,, vidrios,, plásticos longitudes de onda y absorben otras, como es el caso de los filtros fotográficos. Los filtros de color son materiales translúcidos que retiene parte de la luz que incide sobre ellos y dejan pasar e pasa el resto. esto Filtro amarillo Cada filtro deja pasar las longitudes g de onda de su color y absorbe el resto en forma de calor Filtro azul CAPITULO I: LA LUZ 14 2.5..- Refracción La refracción es un fenómeno que ocurre dentro de la transmisión y es definida como la desviación de la luz al pasar oblicuamente desde un medio transparente a otro de densidad distinta. La explicación de este cambio de trayectoria tiene que ver con la naturaleza ondulatoria de la luz • (izquierda) Cuando la luz que proviene del aire atraviesa un cristal pierde velocidad. El frente de ondas pierde velocidad progresivamente al atravesar oblicuamente un medio más á denso. • (derecha) El efecto es parecido al de estar conduciendo por una carretera y de repente entrar en un camino de arena. Un pavimento desigual origina cambios de dirección. • (centro) La luz perpendicular pierde velocidad sin que se altere su dirección. dirección CAPITULO I: LA LUZ 15 2.5..- Refracción Rayo incidente Aire (n) i Vidrio (n´) R El cambio de dirección de la trayectoria p de: de la luz depende • Densidad óptica del material (índice de refracción: n o n n´)) • La dirección desde la cual incide (ángulo de incidencia: i) • La longitud de onda o color de la luz Rayo refractado LEYES FUNDAMENTALES DE LA REFRACCION REFRACCION: − La luz se desvía hacia la normal en el medio más denso y viceversa − Si un rayo incide perpendicularmente sobre una superficie no sufre desviación. − Ley de Snell: n x sen (i) = n´ ´ x sen (R). (R) CAPITULO I: LA LUZ 16 2.6..- Dispersión La dispersión p es el distinto g grado de desviación de la luz, al atravesar oblicuamente una superficie que separa dos medios de distinto índice de refracción, en función de su longitud de onda. CAPITULO I: LA LUZ 17 2.7..- La Difracción En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas consistente en la l dispersión di ió y curvado d aparente t de d las mismas cuando encuentran un obstáculo. Imagen de la fuente luminosa sin los efectos de la difracción Imagen de la fuente luminosa con los efectos de la difracción Para que se aprecie bien este fenómeno el tamaño del obstáculo no debe ser muy superior al tamaño de la longitud de onda producido por la fuente de luz. La difracción es un factor limitante en la calidad de las imágenes producidas por ocultamiento óptico (estenopéicas). La difracción producida por una abertura circular i l produce d lo l que se llama ll un patrón de interferencia característico, lo que en la práctica se traduce en que la imagen obtenida de una fuente de luz puntual forma una mancha difusa rodeada de círculos concéntricos de luz y oscuridad. CAPITULO I: LA LUZ Abertura circular Fuente de luz Fuente de luz 18 2.8..- La Polarización Cuando un foco emite luz, la vibración electromagnética se produce en todos los planos perpendiculares a la trayectoria del rayo luminoso, es decir, no está polarizada. La luz que vibra en un solo plano se llama luz p polarizada. E ffotografía En t fí usamos filtros polarizadores, entre otras cosas cuando cosas, queremos evitar registrar ciertos reflejos en la superficie de los objetos. Luz sin polarizar Luz polarizada Filtro polarizador Luz sin polarizar Luz polarizada Filtro polarizador CAPITULO I: LA LUZ 19 2.9..- Intensidad y distancia de la luz Ley del inverso de los cuadrados: I D I/4 2D I/9 3D I/16 4D “ “Cuando d una superficie f está á iluminada por un manantial de luz puntiforme, la intensidad de la iluminación de la superficie es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia respecto al foco luminoso”. I = iluminación D = distancia CAPITULO I: LA LUZ 20 2.10..- Sombra y penumbra Debido a la propagación rectilínea de la luz podemos decir que un foco de luz puntual proyecta p y sombras nítidas y bien delimitadas de un objeto sobre el fondo. Cuando el tamaño del foco aumenta la sombra que proyecta sobre el fondo del sujeto va acompañada de una zona de penumbra, que se sigue explicando por la propagación rectilínea de la luz En la práctica, práctica ningún foco puede ser perfectamente puntual, por lo tanto, cualquier sombra irá acompañada de una zona de penumbra Cuanto más extenso sea el foco penumbra. luminoso en relación con el objeto, mayor será la zona de penumbra y menor la de sombra sombra. CAPITULO I: LA LUZ 21