La luz se refiere a todo el espectro electromagnético, y sólo una fracción muy pequeña corresponde a la luz visible. La mayor parte de la luz, no la podemos ver.
Nuestros detectores de radiación electromagnética pueden ser estimulados con radiación desde los 400 nm hasta los 750 nm,
En esta imagen se puede apreciar el rango de longitudes de onda asociados a cada color.
La luz tiene naturaleza dual, es decir, se comporta como onda y como partícula, luego no es fácil indicar si la luz es una onda o si está formada por partículas, se comporta de las dos maneras.
La luz también se propaga por el espacio vacío, y lo hace a la velocidad de 300.000 km/s, para ser más exactos ...
Reflexión
La luz se puede reflejar, y la ley de la reflexión dice que: el ángulo que se forma entre el rayo incidente y la normal en el punto de incidencia es igual al ángulo reflejado, que se forma entre el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia.
Las imágenes siguientes muestran dos casos de reflexión, la figura a y c, muestran la reflexión especular, y las imágenes b y d muestran la reflexión difusa, en ambos casos se cumple la ley de la reflexión, en los casos b y c, como las superficies son irregulares, los rayos reflejados salen en diferentes direcciones, pero si medimos loas ángulos respecto de la normal en los diferentes puntos de incidencia, podríamos comprobar que los ángulos incidentes y reflejados son iguales.
Refracción
La refracción consiste en el paso de la luz de un medio a otro, en este proceso cambia la velocidad de propagación de la onda luminosa y como consecuencia de este cambio de velocidad, en algunas ocasiones cambia también la dirección de propagación.
El cambio en la dirección de propagación se puede calcular con la ley de Snell.
notar que en la ecuación aparece el factor n1 y el factor n2, estos se llaman índices de refracción, y son un indicador de que tan rápido o que tan lento se mueve la luz en un medio cualquiera.
notar que el índice de refracción no puede ser menor que 1, siempre será mayor que 1, ya que el numerador es igual a c, la velocidad de la luz en el vacío.
luego si n = 2, quiere decir que la luz viaja en dicho medio a la mitad de como lo hace en el vacío, si
el índice n = 3, quiere decir que la luz viaja en dicho medio a la tercera parte de como lo hace en el vacío.
aquí una tabla con diferentes indices de refracción, también está en el portal de la asignatura.
cuando un rayo incide sobre la frontera que separa dos medios, el rayo se refleja, vuelve al medio por donde venía, y también se refracta, es decir, ingresa al segundo medio.
en la imagen b, se puede observar el rayo incidente (1) que se refleja en el rayo (2) y se refracta en el rayo(3), y el rayo(3), se refleja en el rayo(4) y el rayo (4) se refracta en el rayo(5).
Algo interesante de la refracción es lo siguiente, so el rayo viaja de un medio en donde se mueve rápido hacia un medio en donde se moverá más lento que en el medio original, entonces al refractarse el rayo refractado se acerca a la normal (figura a), pero si el rayo viaja en un medio en donde se mueve lento y al refractarse lo hace hacia un medio en donde se mueve más rápido que en el medio original, entonces el rayo se refracta alejándose de la normal (figura b)
Algo importante a considerar en el fenómeno de la refracción, es que cuando la luz se refracta, cambia la velocidad de propagación, pero la frecuencia de la onda luminosa no cambia, por lo tanto al cambiar la velocidad también cambia la longitud de onda, de la misma forma en que cambia la velocidad, es decir, si la velocidad aumenta también aumenta la longitud de onda, y si la velocidad disminuye, la longitud de onda también disminuye.
en la figura anterior se cumple que ...
como las velocidades son diferentes, porque ha cambiado el medio, entonces las longitudes de onda también serán diferentes.
Si dividimos la primera ecuación por la segunda se tiene ...
lo que lleva a ...
y finalmente, si el medio 1 es el vacío, lambda 1 será la longitud de onda en el vacío, entonces ...
Ejercicio:
Un rayo de luz, de 589 nm de longitud de onda, que viaja a través de aire, incide sobre una lámina plana y uniforme de vidrio sin plomo con un ángulo de 30.0° con la normal.
A) Encuentre el ángulo de refracción.
B) Encuentre la rapidez de esta luz una vez que entra al vidrio.
C) ¿Cuál es la longitud de onda de esta luz en el vidrio?
Respuesta (Intenta resolver primero los ejercicios, después confirma tus resultados, si no coinciden pregunta al correo enviando una foto de tu desarrollo, para ver en que te has equivocado y orientarte mejor en la solución del ejercicio)
a) 19.2º
b) 1,97x108 m/s
c) 388 nm
Un caso interesante en la refracción es la reflexión total interna, esta propiedad se ocupa en la transmisión de información a través de las fibras ópticas.
para que ocurra reflexión total interna el ángulo de refracción debe ser de 90º, esto ocurrirá sólo si la luz viaja desde un medio a otro en donde se mueve más rápido que en el primero, porque de esta manera el rayo refractado se aleja de la normal.
notar que la fracción n2/n1 debe ser menor que 1, ya que la función seno no puede tomar valores mayores que 1, esto ocurrirá sólo si n1 es mayor que n2.
Ejercicio 2
Encuentre el ángulo crítico para una frontera aire-agua. (El índice de refracción del agua es 1.33.)
Solución:
ángulo = 48,8º
