NATURALEZA Y PROPAGACIÓN DE LA LUZ

Dispersión de la luz
1. La luz del cielo está parcialmente polarizada; ésa es la razón por la que el cielo se ve más oscuro desde ciertos ángulos que desde otros cuando se ve a través de anteojos Polaroid de sol
  1. Al mirar el cielo durante el día, la luz que observa es la del Sol que ha sido absorbida por la atmosfera y vuelta a irradiar en diferentes direcciones.
Principio de Huygens
2. permite predecir la posición futura de un frente de onda cuando se conoce su posición anterior.
  1. Establece que los frentes de onda están formados por frentes de onda más pequeños, es decir, que cada punto de un frente de ondas primario se comporta como un emisor de ondas secundarias.
3. Aplicación del principio de Huygens para deducir la ley de la reflexión.
  1. Aplicación del principio de Huygens para deducir la ley de la reflexión.
4. Aplicación del principio de Huygens para deducir la ley de la refracción. Se presenta el caso vb , va (nb . na).
La naturaleza de la luz
1. Ondas, frentes de onda y rayos
  1. Es el lugar geométrico que une todos los puntos que, en un momento dado, se encuentran en el mismo estado de vibración
  2. Forma de los frentes de onda
    1. Homogéneos
      1. propiedades físicas y químicas son idénticas en todos sus puntos.
    2. Isótropos
      1. direcciones de propagación son equivalentes
    3. Frente de ondas unidimensionales
      1. onda generada por un foco puntual se propaga en una sola dimensión
    4. Frentes de ondas tridimensionales
      1. onda generada por un foco puntual se propague en todo el espacio
    5. Frentes de ondas bidimensionales
      1. onda generada por un foco puntual se propague en un plano
2. Hasta la época de Isaac Newton (1642-1727), la mayoría de científicos pensaban que la luz consistía en corrientes de partículas (llamadas corpúsculos) emitidas por las fuentes luminosas.
  1. A principios del siglo XIX, las evidencias de que la luz es una onda se habían vuelto muy convincentes
    1. En 1873 James Clerk Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnéticas y calculó su rapidez de propagación
      1. En 1887 Heinrich Hertz, demostró en forma concluyente que la luz en verdad es una onda electromagnética.
Reflexión y refracción
1. Cuando una onda luminosa incide en una interfaz lisa que separa dos materiales transparentes, la onda en general es reflejada parcialmente y también refractada parcialmente hacia el segundo material
  1. 1. Ondas planas reflejadas y refractadas en una ventana
    2. Representación simplificada para ilustrar sólo un conjunto de rayos
    3. Las ondas en el aire del exterior y el vidrio representadas por rayos
      1. Las ondas en el aire del exterior y el vidrio representadas por rayos
2. Tipos de reflexión
3. Leyes de reflexión y refracción
  1. 1. 1. Ley de refracción
  2. El ángulo de reflexión ur es igual al ángulo de incidencia ua para todas las longitudes de onda y para cualquier par de materiales
    1. 1. Ley de reflexión
  3. Los rayos de luz provenientes de cualquier objeto sumergido se desvían alejándose de la normal cuando salen al aire. Desde el punto de vista de un observador situado sobre la superficie del agua, el objeto parece estar mucho más cerca de la superficie de lo que en realidad está.
4. Indice de refracción
5. Índice de refracción y aspectos ondulatorios de la luz
  1. el número de ciclos de la onda que llegan por unidad de tiempo debe ser igual al número de ciclos que salen por unidad de tiempo
    1. la longitud de onda l de la onda, en general, es diferente en distintos materiales
  2. longitud de onda de la luz en un material
Reflexión interna total
1. fenómeno que sólo ocurre cuando la luz pasa de un medio con mayor índice de refracción a uno con menor índice de refracción. Se produce cuando un rayo de luz incide con un ángulo mayor al ángulo crítico.
2. Aplicaciones de la reflexión interna total
  1. 1. los diamantes se cortan de manera que haya una reflexión interna total sobre sus superficies posteriores. Esto se hace para maximizar su brillo
  2. Los equipos de fibra óptica tienen muchas aplicaciones médicas en los instrumentos llamados endoscopios
    1. La fibra óptica también tiene aplicaciones en los sistemas de comunicación, en los que se usa para transmitir un rayo láser modulado.
Dispersión
1. La luz blanca es una superposición de ondas con longitudes que se extienden a través de todo el espectro visible.
  1. 1. La desviación producida por el prisma aumenta al incrementarse el índice de refracción y la frecuencia y al disminuir la longitud de onda.
    2. En la mayoría de los materiales el valor de n disminuye al aumentar la longitud de onda y disminuir la frecuencia
2. Arco Iris
  1. son los efectos combinados de la dispersión, la refracción y la reflexión. La luz del Sol proveniente de atrás del observador entra en una gota de agua, se refleja (parcialmente) en la superficie posterior de la gota, y se refracta otra vez al salir de ella
    1. 2. Los rayos de luz que entran por el punto medio de la gota se reflejan directamente de regreso.
        Todos los demás rayos salen de la gota con un ángulo D con respecto al rayo medio, y muchos rayos se “apilan” en el ángulo D
3. 1. variación del índice de refracción n con la longitud de onda en algunos materiales ópticos comunes.
  2. La luz violeta es la que se desvía en mayor grado, y la roja es la que se desvía menos
Polarización
1. Polarización circular y elíptica
  1. Luz polarizada circularmente consta de dos ondas electromagnéticas planas perpendiculares con una diferencia de fase de 90º.
  2. La luz polarizada elípticamente consiste de dos ondas perpendiculares de amplitudes desiguales y con una diferencia de fase de 90º.
2. Filtros polarizadores
  1. material con transmitancia selectiva a una determinada dirección de oscilación del campo eléctrico de una onda electromagnética como la luz.
3. Uso de filtros polarizadores
  1. Un filtro polarizador ideal deja pasar el 100% de la luz incidente que esté polarizada en la dirección del eje de polarización del filtro, pero bloquea completamente toda la luz polarizada en forma perpendicular a ese eje.
    1. 1. La luz natural no polarizada incide sobre el filtro no polarizador. La fotocelda (o celda fotovoltaica) mide la intensidad de la luz linealmente polarizada que se transmite.
    2. 1. Un analizador ideal transmite sólo la componente del campo eléctrico paralela a su dirección de transmisión (es decir, su eje de polarización)
  2. ley de Malus, luz polarizada que pasa a través de un analizador
4. Fotoelasticidad
  1. Es una técnica para el análisis de esfuerzos, resulta útil en estructuras o máquinas que posean geometría complicada, condiciones de carga complejas o en ambos casos, en los cuales los metodos analíticos resultan muy engorosos
5. se produce cuando la luz u otras ondas similares oscilan en un cierto plano, definido por un vector perpendicular a la difusión de la onda y por otro paralelo.
6. Polarización por reflexión
  1. Cuando la luz no polarizada se refleja en una superficie plana entre dos medios transparentes, por ejemplo la que separa el aire y el agua o el aire y el vidrio, la luz reflejada está parcialmente polarizada.
    1. El grado de polarización depende del ángulo de incidencia y de los índices de refracción de ambos medios. cuando el ángulo de incidencia es tal que los ángulos reflejado y refractado son perpendiculares entre sí, la luz reflejada está completamente polarizada.

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