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Fuentes de luz | Velocidad de la luz | Iluminación. | Fotometría
Reflexión de la luz | Espejos - Reflectores | Refracción de la luz
Reflexión total - Láminas paralelas - Prisma óptico | Los colores


Naturaleza de la luz

La luz es una forma de energía radiante ondulatoria existente en todo el universo, que al incidir sobre los órganos sensoriales adecuados permite distinguir los objetos.

El concepto precedente distingue el fenómeno físico de la luz, del fenómeno fisiológico que es la sensación luminosa.

Fuentes luminosas

Punto rojo Son los cuerpos que emiten luz por sí mismos.

Punto rojo Se distinguen las fuentes incandescentes que además de luz emiten calor de las fuentes luminescentes que no lo emiten.

En la naturaleza existen diversas fuentes luminosas:

    • Las estrellas incluyendo el sol (se trata de fusión atómica)

    • Los relámpagos y rayos (son descargas eléctricas)

    • Las reacciones químicas de combustión violenta, como las llamas y brasas en que emiten luz los gases y especialmente el carbono

    • Los metales a altas temperaturas

    • Los gases bajo ciertas condiciones

    • Ciertas sustancias como el fósforo

    • Ciertos animales como las luciérnagas, y algunos peces abisales (que viven en grandes profundidades)

    • Ciertos microorganismos como hongos y bacterias

Punto rojo Utilizando las propiedades de emitir luz de ciertos elementos, el hombre ha inventado ciertas fuentes luminosas artificiales :

    • Las velas, lámparas y faroles de llama directa

    • Las lámparas y faroles de llama que produce incandescencia de ciertos materiales (farol a mantilla)

    • Lámparas incandescentes de filamento metálico calentado por electricidad

    • Los tubos y lámparas de gases luminescentes fríos

    • Los aparatos que suscitan luminosidad por excitantes electrónicos (pantallas de TV, de calculadoras, Diodos emisores de luz -LED- y similares)

    • Objetos que incorporan elementos luminescentes (relojes, placas de luz, pinturas y tintas de imprenta, etc.)

Fenómenos luminosos

Los fenómenos naturales que emiten luz, consisten en:

    • Fosforecencia - Propiedad que presentan algunos cuerpos - especialmente el fósforo - de continuar emitiendo luz por un cierto tiempo luego de haber sido iluminados. Actualmente existen sustancias que adquieren permanentemente esa propiedad al ser sometidas a ciertas radiaciones y se usan en relojes luminosos, placas de luz, carteles, pintura de indicadores en las carreteras, etc.

    • Fluorescencia - Propiedad de ciertas sustancias de emitir luz por breve tiempo, al ser sometidas a ciertas descargas o radiaciones. Estos efectos se utilizan con gases como el fluor o el neón en los tubos fluorescentes o luminosos comerciales; y también en las pantallas de TV y monitores de computador.

    • Bioluminescencia - Propiedad que presentan algunos organismos vivos de emitir luz; lo que realizan debido a reacciones químicas que ocurren en sus células y que cumple funciones de reconocimiento, defensa y atracción sexual. Ocurre en las luciérnagas (llamadas “bichos de luz” algunos hongos, bacterias y algas (que dan fenómenos luminosos en el mar) y ciertos peces de los abismos marinos.

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Velocidad de la luz

Punto rojo Como fenómeno ondulatorio, la luz se traslada en el espacio a una velocidad determinada.

La velocidad de la luz en el vacío es de 300.000 kilómetros por segundo.

Punto rojo Galileo Galilei (1564-1642) intentó demostrar que, pese a que en su época se pensaba que la luz se transmitía en forma instantánea, tenía cierta velocidad; pero no logró medirla.

En 1670 el astrónomo Olaf Römer dedujo la velocidad de la luz al estudiar el retraso de un eclipse respecto del momento calculado. En 1849 el francés Fizeau calculó esa velocidad mediante un método terrestre, utilizando los rayos de una rueda reflejados en un espejo ubicado a una distancia de 8 Kms. En 1850, otro francés Léon Foucault midió la velocidad de la luz en el aire mediante un aparato cuyo elemento fundamental era un espejo giratorio.

Las mediciones experimentales más precisas de la velocidad de la luz fueron realizadas por el físico estadounidense Albert Michaelson que obtuvo el Premio Nóbel en 1913.

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Iluminación.

Punto rojo Según la forma en que se comportan al ser iluminados por un rayo de luz, los cuerpos se clasifican en:

    • Opacos - que no permiten el pasaje de la luz. Ejemplos: madera, metal, piedra.

    • Transparentes - que permiten el pasaje total de la luz. Ejemplos: aire, agua, vidrio fino, planchas finas de material plástico (nylon o vinilo)

    • Traslúcidos - que permiten el pasaje de la luz en forma parcial. Ejemplos: vidrio fino esmerilado, papel fino encerado, algunas planchas gruesas o coloreadas de material plástico (acrílico).


Punto rojo La propagación de la luz en línea recta determina que los cuerpos opacos,al interceptarla, proyecten la sombra o zona absolutamente privada de luz situada detrás del cuerpo opacto. Cuando el foco luminoso es de gran tamaño, también aparece una zona de penumbra en la cual existe una iluminación parcial.

Penumbra

Punto rojo Este efecto se observa especialmente en los eclipses cuando la Luna o la Tierra se interponen frente al Sol, produciéndose un “cono de sombra” y un “cono de penumbra”.

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Fotometría.

La fotometría es aquella parte de la física cuyo objeto es la medida de la intensidad de la luz.

A los efectos de definir una unidad de medida de la intensidad de luz, es preciso recurrir a fenómenos luminosos que aseguren valores constantes.

Algunos metales emiten luz cuando alcanzan la temperatura de su punto de fusión; por lo cual, al mantenerse constante dicha temperatura también resulta constante la intensidad de luz que emiten.

La unidad de medida de intensidad de la luz, es el violle que se define como la intensidad luminosa de un cm² de platino en fusión.

Esta unidad de medida fue propuesta por Violle en el Congreso de Electrotécnica de 1884. La temperatura de fusión del platino es de 1700 grados centígrados.

Punto rojo Por razones de comodidad en la medición, se utiliza en la práctica como unidad de intensidad lumínica la BUJÍA equivalente a 1/20 del violle.


Punto rojo Al propagarse en línea recta, los rayos luminosos son emitidos en todas direcciones a partir de la fuente luminosa.

En consecuencia, la intensidad con que iluminan un objeto disminuye con la distancia.

Iluminacion

Punto rojo La unidad de iluminación, es el lux que equivale a la iluminación producida por un foco de 1 bujía de intensidad, sobre un objeto situado a 1 metro de distancia.

Punto rojo El fotómetro es el instrumento que permite medir la intensidad de iluminación existente en un punto determinado.

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REFLEXIÓN DE LA LUZ

Punto rojo Si se proyecta un conjunto de finos rayos de luz sobre una superficie perfectamente plana, pulida y brillante, se reflejan. En cambio, si la superficie no es plana sino rugosa, los distintos rayos se dispersan.

La reflexión de la luz, es el fenómeno por el cual un haz de rayos de luz paralelos, se desvían al chocar con un plano manteniendo su paralelismo.

Cuando un haz de rayos de luz paralelos, al chocar con un cuerpo rugoso se desvían en diversas direcciones, el fenómeno se denomina dispersión de la luz.

Punto rojo El disco de Hartl es un aparato experimental consistente en un círculo graduado en el cual están dibujados los diámetros correspondientes a la escala de grados de ángulos con un espejo perpendicular al plano del círculo en el centro del mismo.

Mediante el mismo, es posible comprobar que si se hace llegar rayo de luz en el centro, sobre el espejo y paralelo al plano del círculo, se refleja en el mismo plano y con el mismo ángulo respecto del espejo.

Punto rojo El rayo de luz que se dirige a un espejo se denomina rayo incidente ; el rayo de luz que sale del espejo se denomina rayo reflejado ; el punto en el cual toca el rayo incidente en el espejo se denomina punto de incidencia ; y el ángulo en que el rayo incide sobre el espejo respecto de la perpendicular al plano del espejo en el punto de incidencia, se denomina ángulo de incidencia.

Leyes de la reflexión de la luz

La primer ley de la reflexión de la luz expresa que el rayo incidente, la perpendicular al plano de reflexión, y el rayo reflejado, están en un mismo plano.

La segunda ley de la reflexión de la luz expresa que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia.

Punto rojo Mediante la propiedad de reflexión de la luz, es posible construir

    • El periscopio - que permite ver por encima de un obstáculo.

    • El caleidoscopio - aparato que produce una imagen de multiplicación simétrica.

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ESPEJOS PLANOS

Punto rojo Las leyes de la reflexión de la luz explican los efectos que se producen en los espejos planos.

La imagen producida por un espejo plano es

    • simétrica del objeto reflejado, a izquierda/derecha.

    • idéntica al objeto reflejado, en sentido vertical.

    • virtual en cuanto el objeto reflejado aparece visible en un lugar en que no se encuentra realmente, sino que es el resultado de la intersección de los rayos luminosos reflejados.


ESPEJOS CURVOS

Punto rojo Las leyes de la reflexión de la luz también explican los efectos que se producen en los espejos curvos; los cuales deforman la imagen en el sentido de la curvatura:

    • Los espejos de curvatura en sentido vertical deforman la imagen haciéndola más alta o más baja que el objeto.

    • Los espejos de curvatura en sentido horizontal deforman la imagen haciéndola más ancha o más angosta que el objeto.


ESPEJOS ESFÉRICOS - REFLECTORES

Punto rojo Conforme a la segunda ley de la reflexión de la luz, los espejos de curvatura esférica reflejan los rayos de luz en el mismo ángulo de incidencia, pero respecto del radio de la esfera que pasa por el punto de incidencia.

Punto rojo Los espejos convexos , cuya curvatura esférica saliente es la que refleja, permiten abarcar un campo visual mucho mayor, produciendo imágenes más pequeñas y con apariencia de que los objetos se encuentran a mayor distancia que la real. (Este es un efecto de importancia a tener en cuenta en algunos espejos retrovisores de auto, que pueden producir errores de apreciación acerca de la posición de los vehículos que permiten ver).

Punto rojo Los espejos cóncavos , cuya curvatura esférica interna es la que refleja, el comportamiento de los rayos de luz reflejados resulta mucho más complejo; sobre todo respecto de objetos que se encuentren fuera de la línea del eje determinado por el centro de la esfera y el vértice del casco de esfera.

Para los objetos que se encuentren sobre la línea del eje de un espejo cóncavo, el comportamiento de la imagen dependerá de la distancia a que se encuentre.

Reflector

En un espejo cóncavo, existe un punto en el cual se concentran los rayos luminosos paralelos incidentes, llamado punto focal - o “foco” - situado aproximadamente a la mitad de la distancia del radio, sobre el eje principal.

Un reflector consiste en un dispositivo compuesto por un espejo con una fuente luminosa colocada en su punto focal, de modo que la luz emitida hacia el espejo se refleja en forma de un haz de rayos paralelos que refuerza la intensidad de la luz.

Otra importante aplicación de los espejos curvos son los Telescopios.

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REFRACCIÓN DE LA LUZ

La refracción de la luz es el fenómeno físico por el cual un rayo de luz que atraviesa por dos medios transparentes de diferente densidad, se desvía de su trayectoria anterior.

Punto rojo El rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente ; el rayo de luz que se desvía al ingresar al segundo medio transpartente se denomina rayo refractado ; el ángulo en que el rayo incidente, al ingresar al segundo medio, forma con la perpendicular al mismo, se denomina ángulo de incidencia; el ángulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ángulo de refracción.

Leyes de la refracción de la luz

La primer ley de la refracción de la luz expresa que el rayo incidente, y el rayo refractado, y la perpendicular al plano de refracción, están en un mismo plano.

La segunda ley de la refracción de la luz expresa que, para cada par de medios transparentes, existe una relación constante entre el ángulo de reflexión y el ángulo de incidencia, que se denomina índice de refracción

Punto rojo La refracción de la luz es debida a que tiene distinta velocidad en distintos medios. Las desviación que se produce acercándose o alejándose de la normal es debida al cambio de velocidad.

Cuando la luz pasa a un medio de menor velocidad, se desvía en dirección a la normal; en tanto que al pasar a un medio de mayor velocidad, se desvía en dirección contraria.

Velocidad de la luz en distintos medios transparentes

  • Aire - 300.000 kms/seg

  • Agua - 226.000 kms/seg

  • Hielo - 229.000 kms/seg

  • Vidrio - 200.000/168.000 kms/seg

  • Cuarzo - 205.000 kms/seg

  • Diamante - 124.000 kms/seg

Punto rojo En realidad, la distinta velocidad de la luz en distintos medios, está relacionada con su densidad; por lo cual cada sustancia transparente o traslúcida tiene un índice de refracción propio, que incluso permitirá identificarla midiendo dicho índice.

El aire tiene un índice de refracción de 1,0003 respecto del vacío. Cuando se considera el índice de refracción respecto del vacío, se obtiene para cada sustancia su índice de refracción absoluto.

Índices de refracción

  • Agua (líquida) - 1,333

  • Agua (vapor) - 1,00025

  • Agua (hielo) - 1,31

  • Alcohol (etílico) - 1,36

  • Vidrio - 1,58

  • Hidrógeno (gas) - 1,00013

  • Nitrógeno (gas) - 1,0003

  • Parafina - 1,43 kms/seg

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REFLEXIÓN TOTAL

Cuando un rayo de luz atraviesa desde un medio a otro por un plano, una parte de la luz se refracta pero otra se refleja.

Punto rojo Debido a la diferencia de índices de refracción, existe para toda sustancia un ángulo de incidencia máximo, en el cual el rayo refractado se emite en forma paralela al plano; y si el ángulo de incidencia es mayor, no podrá refractarse y se reflejará totalmente.

Ángulos máximos de refracción

      • Agua - 48°         Diamante - 36°         Vidrio - 42°

LÁMINAS PARALELAS

Punto rojo Cuando un rayo de luz atraviesa una sustancia cuyas caras planas son paralelas - como el vidrio de una ventana - incidiendo en un ángulo adecuado para refractarse - ocurren dos refraccione sucesivas, al entrar y al salir de dicha sustancia; en la segunda en sentido inverso a la primera porque vuelve a la misma sustancia inicial.

La segunda refracción es de sentido inverso a la primera, por lo cual un rayo de luz no resulta desviado al atravesar en ángulo una lámina de caras paralelas; sino que tiene un desplazamiento lateral pero continúa en la misma dirección.

PRISMA ÓPTICO

Un prisma óptico es un cuerpo de material trasparente de sección triangular, cuyas caras son cuadriláteros con figura de rectángulo.

Considerando una de las caras rectangulares como base del prisma, se denomina arista refringente la que forman los restantes dos planos del prisma; y se denomina ángulo de refringencia o ángulo del prisma, el que forman esos dos planos.

El prisma, óptico tiene gran utilidad en diversas aplicaciones de la física, tales como aquellas que permiten servirse de él para medir los índices de refracción de las sustancias y para analizar la composición de sustancias emisoras de luz, lo que se utiliza en astronomía, entre otras disciplinas.

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LOS COLORES - DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ

Punto rojo Es posible observar en la naturaleza dos fenómenos:

    • A pesar de que la luz aparece “blanca”, los objetos iluminados presentan distintos colores.

    • En el “arco iris” aparece una gama de colores en cierta secuencia.

Punto rojo Experimentalmente, ha sido posible comprobar que al pasar un rayo de luz solar a través de un prisma óptico a la salida del prisma se descompone en un haz de distintos colores, que reproducen exactamente los del arco iris, en la misma secuencia.

La luz solar es la resultante de la composición o mezcla de todos los colores.

La dispersión de la luz es la separación de los diversos colores componentes de la luz solar.

Punto rojo La luz de distintos colores corresponde a ondulaciones de distinta frecuencia y longitud de onda.

Valores de onda de los colores.

Color

Rojo

Naranja

Amarillo

Verde

Azul

Violeta

Frecuencia

4,6 x 1014 cs/seg

5,0 x 1014 cs/seg

5,2 x 1014 cs/seg

5,7 x 1014 p/seg

6,4 x 1014 cs/seg

7,3 x 1014 cs/seg

Amplitud

6.500 A

6.000 A

5.800 A

5.200 A

4.700 A

4.100 A

1014 = 10 a la potencia 14          A = “Angstrom” = 0,0001 micra.

Punto rojo Por su parte, cada color tiene un índice de refracción propio, lo que hace que los distintos componentes de la luz solar se dispersen al pasar por un prisma hecho de una sustancia homogénea. Siguen la regla de que a mayor longitud de onda hay menor desviación, o sea un menor índice de refracción.

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