NATURALEZA Y PROPAGACIÓN DE LA LUZ

La naturaleza de la luz
1. Antes de Isaac Newton la mayoría de científicos pensaban que la luz consistía en corrientes de partículas (llamadas corpúsculos) emitidas por las fuentes luminosas.
  1. En 1665, comenzaron a descubrirse evidencias de las propiedades ondulatorias de la luz.
    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.
2. Las dos personalidades de la luz
  1. Las fuentes fundamentales de toda la radiación electromagnética son las cargas eléctricas en movimiento acelerado. Todos los cuerpos emiten radiación electromagné- tica como resultado del movimiento térmico de sus moléculas
    1. La luz también se produce durante las descargas eléctricas a través de gases ionizados. El brillo azuloso de las lámparas de arco de mercurio, la luz amarillo naranja de las lámparas de vapor de sodio y los distintos colores de los anuncios de “neón” nos resultan familiares
3. Ondas, frentes de onda y rayos
  1. frente de ondas se define como el lugar geométrico que une todos los puntos que, en un instante dado, se encuentran en idéntico estado de vibración, es decir, tienen igual fase
    1. Forma de los frentes de onda
      1. Homogéneos: propiedades físicas y químicas son idénticas en todos sus puntos.
      2. Isótropos:direcciones de propagación son equivalentes o, dicho de otro modo, las propiedades físicas del material en su conjunto no dependen de las direcciones consideradas.
Reflexión interna total
1. La reflexión interna total es un 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.
  1. 1. 1. ángulo crítico para la reflexión interna total
2. Aplicaciones de la reflexión interna total
  1. 1. Para maximizar su brillo, los diamantes se cortan de manera que haya una reflexión interna total sobre sus superficies posteriores.
  3. 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 ordinaria es una superposición de ondas con longitudes que se extienden a través de todo el espectro visible.
  1. 1. variación del índice de refracción n con la longitud de onda en algunos materiales ópticos comunes.
      1. En la mayoría de los materiales el valor de n disminuye al aumentar la longitud de onda y disminuir la frecuencia;
2. 1. La desviación (cambio de dirección) producida por el prisma aumenta al incrementarse el índice de refracción y la frecuencia y al disminuir la longitud de onda.
    1. La luz violeta es la que se desvía en mayor grado, y la roja es la que se desvía menos
3. 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. Los rayos de luz que entran por el punto medio de la gota se reflejan directamente de regreso.
      1. 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
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
      1. es una onda de frecuencia constante cuyos frentes de onda (superficies con fase constante) son planos paralelos de amplitud constante normales al vector velocidad de fase.
  2. 1. Las ondas en el aire del exterior y el vidrio representadas por rayos
  3. 1. Representación simplificada para ilustrar sólo un conjunto de rayos
2. tipos de reflexión.
3. 1. Indice de refracción
4. Leyes de reflexión y refracción
  1. Los rayos incidente, reflejado y refractado, así como la normal a la super- ficie, yacen todos en el mismo plano
    2. 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. ley de reflaxión
  3. 1. 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.
5. Índice de refracción y aspectos ondulatorios de la luz
6. Índice de refracción y aspectos ondulatorios de la luz
  1. , la frecuencia f de la onda no cambia cuando pasa de un material a otro.
    1. la longitud de onda l de la onda, en general, es diferente en distintos materiales
  2. 1. longitud de onda de la luz en un material
Polarización
1. En una onda electromagnética, tanto el campo eléctrico y el campo magnético son oscilantes, pero en diferentes direcciones; ambas perpendiculares entre si y perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; por convención, el plano de polarización de la luz se refiere a la polarización del campo eléctrico.
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. 1. (ley de Malus, luz polarizada que pasa a través de un analizador
4. Polarización por reflexión
  1. : Cuando luz no polarizada incide en una interfaz entre dos materiales, la ley de Brewster establece que la luz reflejada está completamente polarizada en forma perpendicular al plano de incidencia (paralela a la interfaz) si el ángulo de incidencia es igual al ángulo de polarización u
    1. 1. ley de Brewster
5. Polarización circular y elíptica
  1. es la polarización de la radiación electromagnética de forma que la punta del vector de campo eléctrico describe una elipse en cualquier plano fijo, interseccionando, o es normal a, la dirección de propagación.
    1. Una onda polarizada elípticamente puede ser resuelta en dos ondas polarizadas linealmente en cuadratura de fase, con sus planos de polarización en ángulos rectos entre sí.
      1. Dado que el campo eléctrico puede girar en sentido horario o en sentido contrario, ya que se propaga, las ondas polarizadas elípticamente exhiben quiralidad.
6. Fotoelasticidad
  1. es una técnica experimental para la medición de esfuerzos y deformaciones. Se basa en el uso de luz para dibujar figuras sobre piezas de materiales isotropos, transparentes y continuos, que están siendo sometidas a esfuerzos.
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. Cuando usted mira el cielo durante el día, la luz que observa es la del Sol que ha sido absorbida y vuelta a irradiar en diferentes direcciones.
Principio de Huygens
1. Todo punto de un frente de onda inicial puede considerarse como una fuente de ondas esféricas secundarias que se extienden en todas las direcciones con la misma velocidad, frecuencia y longitud de onda que el frente de onda del que proceden.

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