Refracción de la Luz

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Colegio Liceo San Francisco de Asís Fecha: Asignatura Física 3° Trimestre Profesor Armando Contreras Vega

Nivel 1° Medio

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Defectos en la visión

Los problemas más frecuentes en la visión relacionados con la formación de las imágenes son: la miopía, la hipermetropía y el astigmatismo.

a) Miopía

En un ojo que sufre miopía, el globo ocular es un poco más alargado hacia atrás, generando imágenes delante de la retina (ver figura 36 a).

Una persona miope ve mejor los objetos cercanos. Los objetos lejanos los ve muy desenfocados y borrosos. La solución en el ojo miope es colocar delante del ojo una lente que abra un poco la luz (lente divergente), de modo que los rayos converjan más atrás, justo sobre la retina (ver figura 36 b).

b) Hipermetropía

En un ojo que sufre hipermetropía, el globo ocular es un poco más corto de lo normal y por eso las imágenes tienden a formarse detrás de la retina (ver figura 37 a).Un hipermétrope ve más borrosos los objetos cercanos pero ve bastante bien de lejos (figura 37 b).Para acercar la imagen a la "pantalla" (retina), y mejorar su visión, se antepone una lente convergente al ojo hipermétrope y así la luz converge antes, es decir, sobre la retina.

c) Astigmatismo

Se produce cuando la córnea tiene más curvatura en una dirección que en otra causando que no todos los rayos coincidan en un mismo punto: algunos se juntan antes de la retina y otros después de la retina (ver figura 38 a).En una persona con astigmatismo las imágenes que ve son borrosas y deformes, porque no todas las partes del objeto se reúnen en el mismo punto. Este defecto se corrige con lentes cilíndricas, (ver figura 38 b).Figura 38 b

.Otra patología en la visión que se relaciona con la percepción de los colores es el daltonismo. Este defecto se produce por la falta de algún tipo de conos sensibles a un color, o de un menor porcentaje de ellos en comparación con una retina normal. El daltonismo es hereditario y la gran mayoría de quienes lo padecen son hombres (alrededor de un 4% de la población masculina).

EL COLOR

Las rosas son rojas y las violetas azules; los colores intrigan a los artistas y también a los físicos. Para la ciencia, el color < las cosas no está en la propia sustancia de las cosas. La percepción del color está en el sistema visual del observador (ojo - cerebro) y es la respuesta frente a las diferentes frecuencias i la luz que las cosas emiten o reflejan. Una rosa nos parece roja cuando a nuestros ojos llega luz de ciertas frecuencias. Otras frecuencias nos provocan la sensación de otros colores. El hecho que percibamos o no estas

frecuencias de luz depende del sistema visual del observador. Muchos organismos, e incluso las personas con defectos en la percepción del color, no ven el rojo de las rosas

Newton hizo pasar luz solar a través de un prisma de vidrio para formar el espectro de los colores

El espectro de los colores

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La luz solar es un ejemplo de lo que llamamos luz blanca. I Bajo la luz blanca los objetos blancos se ven blancos y los objetos de color se ven cada uno del color correspondiente. Newton mostró que los colores del espectro no eran una propiedad del prisma, sino de la luz blanca misma; esto lo demostró combinando de nuevo los colores por medio de un segundo prisma para obtener luz blanca.

En otras palabras, al superponerse todos los colores se :combinan para producir luz blanca. En términos estrictos, la luz blanca no es un color, sino la combinación de todos los colores. Análogamente, el negro no es un color propiamente dicho, 10 la ausencia de luz. Los objetos se ven negros cuando absorben todas las frecuencias de la luz visible.

Los objetos negros que puedes ver no absorben toda la luz cae incide en ellos; siempre se refleja un poco de ella en la superficie. De lo contrario, no podríamos verlos.

Los costados de una pila de hojas de afeitar unidas por tornillos se ven negros. La luz que penetra en los intersticios en forma de cuñas que se crean entre las hojas se refleja tantas veces que es absorbida en su mayor parte (Fig. 2.11)

Color por reflexión

El color de la mayoría de los objetos que te rodean se debe a la manera en que éstos reflejan la luz. La luz se refleja en los objetos de forma similar a la "reflexión" del sonido en un diapasón que vibra por influencia de

otro diapasón cercano en movimiento. .un diapasón puede vibrar aun cuando las frecuencias no coincidan, aunque en este caso la amplitud de vibración es mucho menor. Lo mismo ocurre con los átomos y las moléculas. Podemos considerar los átomos y las moléculas como diapasones tridimensionales con electrones que se comportan como diminutos osciladores que giran en órbita alrededor de los núcleos. Las oraciones de las ondas electromagnéticas (como la luz) pueden Aligar a los electrones a entrar temporalmente en órbitas más grandes. Al igual que los diapasones acústicos, una vez excitados, los electrones emiten sus propias ondas de energía en todas direcciones.

El cuadrado de la izquierda refleja todos los colores que inciden en él, y visto a la luz del Sol es blanco. Si se ilumina con luz azul, se ve azul. El cuadrado de la derecha absorbe todos los colores que inciden en él. Cuando se expone a la luz solar se calienta más que el cuadrado blanco.

Los diferentes materiales tienen distintas frecuencias naturales de absorción y emisión de radiación. En un material, los electrones oscilan sin dificultad a ciertas frecuencias; en un material distinto, oscilan fácilmente a frecuencias diferentes. La luz se absorbe a las frecuencias resonantes cuando la amplitud de las oscilaciones es grande (recuerda que en el tema anterior vimos que el vidrio absorbe luz ultravioleta por esta razón). Pero a frecuencias mayores menores que las frecuencias resonantes, los átomos remiten la i Si el material es transparente, la luz remitida lo atraviesa; si es opaco, la luz regresa al medio del cual provino. Decimos que se produce una reflexión.

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color que la luz que lo ilumina. Si un material absorbe toe la luz que incide en él, entonces no refleja luz y se ve negro (Fig. 2.12).

Figura 2.13

El color depende de la fuente de luz

Es importante señalar que un objeto sólo puede reflejar luz c las frecuencias presentes en la luz que lo ilumina. Por tanto, el aspecto de un objeto colorido depende del tipo de luz que se use Una ampolleta incandescente emite luz de todas las frecuencias visibles, pero más rica en frecuencias bajas, por lo que realza los rojos. Las lámparas fluorescentes son más ricas en frecuencias alta-por lo que se realzan los azules con este tipo de iluminación. Por ejemplo, en una tela que contiene un poco de rojo, este color ser. más visible a la luz de una ampolleta incandescente que a la de una lámpara fluorescente. A la luz del día los colores se ven diferentes que cuando se iluminan con cualquiera de estos tipos c lámparas (Fig. 2.13).

Color por transmisión

El color de un objeto transparente depende del color de la lu que transmite. Un trozo de vidrio rojo se ve rojo porque absorbe todos los colores que componen la luz blanca excepto el rojo, el cual transmite.

Análogamente, un trozo de vidrio azul se ve azul porque transmite principalmente el azul y absorbe los otros colore que lo iluminan.

El material en el vidrio que absorbe selectivamente luz de distintos colores se conoce como pigmento. Desde el punto de vista atómico, los electrones de los átomos del pigmento absorber de manera selectiva luz de ciertas frecuencias de la luz que los ilumina (Fig. 2.14).

La luz de otras frecuencias se reemite de átomo en átomo dentro del vidrio. La energía de la luz absorbida incrementa la energía cinética de los átomos y el vidrio se calienta. El vidrio ordinario que se usa en las ventanas es incoloro porque transmite todas las frecuencias visibles en la misma medida.

Piensa

Cuando iluminamos una rosa roja con luz roja, ¿por qué se calientan las las hojas que los pétalos? uando iluminamos una rosa roja con luz verde, ¿por qué se ven negros los pétalos?

3. ¿De qué color se ve un plátano maduro cuando lo iluminamos con luz roja? ¿Y con luz amarilla? ¿Y con luz azul?

Mezcla de luz de color

Cuando se combina luz de todas las frecuencias visibles se produce la luz blanca. Un hecho interesante es que también se tiene la luz blanca combinada sólo luz roja, verde y azul, cuando proyectamos en una pantalla blanca una

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azul produce el color rojo azuloso llamado magenta. La luz verde en combinación con la luz azul producen el color azul verdoso.

Podemos entender este fenómeno si dividimos las frecuencias de la luz blanca en tres regiones: el extremo rojo de frecuencias bajas, la región verde de frecuencias medias y el extremo azul de frecuencias mayores (Fig. 2.15). La combinación las frecuencias bajas y medias parece amarilla al ojo humano, combinación de las frecuencias medias y altas se ve azul verdosa. La combinación de las frecuencias bajas y altas se ve azulosa (magenta).

figura 2.15

cuando se proyecta luz roja, verde y azul de igual intensidad sobre una pantalla blanca, las áreas donde hay superposición se ven de distintos colores. La zona donde los tres colores se traslapan se ve blanca.

De hecho, se puede producir cualquier color superponiendo luz de los tres colores y ajustando la intensidad de cada color, es te sorprendente fenómeno se debe al funcionamiento del ojo humano. No es necesario que los tres colores sean rojo, verde y azul, aunque estos tres producen el mayor número de colores distintos y por esta razón los llamamos colores primarios aditivos.

La televisión a color se basa en la capacidad del ojo humano para percibir las combinaciones de tres colores como una variedad de colores distintos. Si examinas de cerca la imagen en í cinescopio de un televisor a color, verás que la imagen se compone de un conjunto de puntos diminutos de menos de un milímetro de diámetro. Cuando la pantalla se ilumina, algunos de puntos son rojos, otros azules y otros más son verdes. Vista lejos, la mezcla de estos puntos de colores proporciona una la completa de colores, además del blanco.

FIGURA 10

Las regiones de baja frecuencia, de frecuencia media y de alta frecuencia de la luz blanca se ven roja, verde y azul. Para la vista humana.

rojo +verde= amarillo rojo + azul=magenta

verde +azul=cian

Colores complementarios

Dos colores de luz que superpuestos se ven blancos se llaman colores complementarios. Por ejemplo, el rojo y el cían son colores complementarios ya que el cían está hecho de luz verde y azul (sin rojo), y la

combinación de luz roja, verde y azul se ve blanca. Observa en la figura 28-9 que con sólo dos colores podemos producir los siguientes colores:

rojo + verde = amarillo rojo + azul = magenta azul + verde = cian Reflexionando un poco verás que:

azul + amarillo = blanco verde + magenta = blanco rojo + cian = blanco

Todo tono tiene un color complementario tal que, al superponerlos, la combinación es blanca.

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Preguntas

1.¿ Cuáles son los colores complementarios de: (a) magenta, b) el azul y c) el cian? 2. ¿ Qué color obtenemos si sumamos luz roja y luz azul?

3. ¿ Qué color obtenemos si restamos luz amarilla a la luz blanca? 4. ¿ Qué color obtenemos si restamos luz verde a la luz blanca?

• En un televisor en blanco y negro, el color negro de las imágenes más oscuras no es sino el color del propio cinescopio, más parecido a un gris claro que al negro. Tus ojo detectan el contraste con las partes iluminadas de la pantalla y el gris claro te parece negro. En tu mente, tú lo haces negro. Respuestas: 1. (a) verde; (b) amarillo); (c) rojo

2. Magenta 3. azul 4. Magenta

Mezcla de pigmentos de color

Todo pintor sabe que si mezcla pintura roja, verde y azul no obtiene pintura blanca, sino un color marrón oscuro como el lodo. Y definitivamente la combinación de pintura roja y pintura verde no da un color amarillo como la combinación de luz roja y luz verde. Mezclar pinturas y tintes es un proceso totalmente diferente de mezclar luz de distintos colores.

Las pinturas y los tintes contienen diminutas partículas sólidas de pigmento que les dan color absorbiendo ciertas frecuencias y reflejando otras. Los pigmentos absorben y reflejan una gama de frecuencias

relativamente amplia. En este sentido, los pigmentos reflejan una mezcla de colores.

Por ejemplo, la pintura azul refleja principalmente luz azul, pero también refleja el violeta y el verde; absorbe, en cambio, el rojo, el naranja y el amarillo. La pintura amarilla refleja principalmente luz amarilla

pero también refleja el rojo, el naranja y el verde; absorbe, en cambio , el azul y el violeta. Cuando mezclamos pintura azul y pintura amarilla, absorben todos los colores excepto el verde. El único color que ambas reflejan es el verde, por lo que la mezcla se ve verde. Este proceso se llama mezcla de colores por

sustracción para distinguirlo de la combinación de luz de colores por adicción

Luz solar

La luz blanca que proviene del Sol es una combinación de todas las frecuencias visibles. La intensidad de las frecuencias solares no es homogénea, como indica la gráfica de intensidad en función de frecuencia (Fig. 2.16) La gráfica muestra que las frecuencias más bajas de la luz solar, en la región del rojo, no son tan brillantes como las frecuencias medias de las regiones del amarillo y del verde. La región del verdeamarillo es la más intensa de la luz solar. Puesto que los seres humanos

evolucionamos en presencia de la luz del Sol, no es de extrañar que seamos más sensibles al verdeamarillo. Por eso, cada vez es más común que los carros de bomberos nuevos se pinten de verdeamarillo, en particular en los aeropuertos, donde la visibilidad es vital. Esto también explica por qué de noche vemos mejor en la luz amarilla que producen las lámparas de vapor de sodio que a la luz de lámparas de tungsteno de la misma intensidad. La región azul de la luz solar no es tan intensa, y la violeta menos aún.

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es almacenada en los enlaces químicos de la glucosa y otras sustancias alimenticias que serán el alimento de otros seres vivos. De esta forma la energía proveniente del sol es también la que nos permite a todos los seres vivos continuar realizando nuestros procesos vitales

Piensa

1 Las plantas son en su mayoría de color verde debido a la clorofila que contienen en los cloroplastos de sus células. ¿Qué parte de la luz visible será transformada por la planta en energía química?

2. ¿Qué consecuencias tendrán para los seres vivos del planeta el que la luz del sol no alcance su superficie?

Por qué el cielo es azul

Si diriges un haz de sonido de una frecuencia específica hacia un diapasón de frecuencia similar, el diapasón comenzará a vibrar y desviará el haz en muchas direcciones. El diapasón dispersa el sonido. La luz se dispersa por un proceso análogo en un medio

donde hay moléculas y otras partículas de materia más grandes, muy

separadas unas de otras, como en la atmósfera.

Sabemos que los átomos y las moléculas se comportan como diminutos diapasones ópticos que remiten las ondas luminosas que inciden en ellos. Las partículas muy pequeñas también lo hacen.

Cuanto más pequeña es la partícula, mayor es la frecuencia de la luz

que dispersa. Esto es análogo al hecho de que las campanas pequeñas emiten notas más altas que las campanas grandes. Las moléculas de nitrógeno y de oxígeno, así como las demás partículas que componen la atmósfera, son como diminutas

campanas que "suenan" con frecuencias altas cuando la luz solar las excita. Al igual que el sonido de las campanas, la luz remitida parte en todas direcciones; es decir, se dispersa (Fig. 2.18).

La capa de ozono de las regiones superiores de la atmósfera

absorbe la mayor parte de la luz ultravioleta. Las partículas y moléculas de la atmósfera dispersan la luz ultravioleta restante. De las frecuencias visibles, el color que más se dispersa es el violeta, seguido del azul, el verde, el amarillo, el naranja y el rojo, en ese orden. El rojo se dispersa sólo la décima parte de lo que se dispersa el violeta. Aunque el color violeta se dispersa más que el azul, nuestros ojos no son muy sensibles a la luz violeta; son más sensibles al azul, de modo que vemos el cielo azul

Preguntas

1. ¿De qué color sería el atardecer si las moléculas de la atmósfera dispersasen más la luz de baja frecuencia que la de alta frecuencia

2. las montañas oscuras se ven de color azulado ¿ A qué se debe este color?

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TEST SELECCIÓN MÚLTIPLE

1.- Un rayo de luz choca contra una placa de vidrio en forma normal a la superficie. Podemos afirmar que:

a) El rayo se refracta y se aleja de la normal b) El rayo se refracta y no se desvía

c) el rayo al refractarse se acerca a la normal d) Ninguna de las anteriores

2.- Un rayo incide sobre la superficie de separación de dos medios en donde ( n1< n2) con un ángulo mayor que cero, al refractarse el rayo podemos afirmar que:

a) se acerca a la normal b)se aleja de la normal c) no se desvía d) ninguna de las anteriores

3.- Un rayo incide sobre la superficie de separación de dos medios en donde ( n1> n2) con un ángulo mayor que cero, acerca del rayo podemos afirmar que:

a) siempre se refracta

b) no se refracta solo se refleja (reflexión total interna) c) siempre se refracta y se aleja de la normal

d) ninguna de las anteriores

4.¿Qué es el ángulo límite?

a)el ángulo de refracción b)es el ángulo de reflexión

c) es el ángulo incidente que corresponde a un ángulo de refracción de 90º respecto de la perpendicular de la interfase d) es el ángulo correspondiente a la separación entre las interfases

e) Ninguna de las anteriores

5.- La rapidez de la luz en cierto vidrio 239.84 * 106 m/seg , podemos decir que: a) N= 1.25 b) N= 1.25* 106 c)N=1 D) Ninguna de las anteriores

6.- Un Haz de luz que viene del aire choca contra una superficie de un material ( n=1.25) con un ángulo de incidencia de 30°, podemos afirmar que el ángulo de refracción es de.

a) 23.6 b) 12° c) 0.400 d) faltan datos no se puede determinar

7.- El ángulo crítico para la luz que pasa de u vidrio de índice refracción ( 1.8 ) al agua (n=1.33) es:

a) 0.738 b) 47.6 c) 67.4 d)Ninguna de las anteriores

8.- El ángulo crítico de un material es de 43° se puede decir que.

a) Un rayo que incide del material al aire con un ángulo menor que 43°, se refracta acercándose a la normal b) Un rayo que incide del material al aire con un ángulo mayor que 43°, no se refracta ( se refleja totalmente) c) Un rayo que incide del material al aire con un ángulo mayor que 43°, se refracta acercándose a la normal d) Ninguna de las anteriores

9.- El ángulo crítico para la luz que pasa de la sal de roca al aire es de 53° podemos decir que el índice de refracción de la sal de roca es:

a) 53° b) 1.25 c) 0.799 d) 0° d) Ninguna de las anteriores

10.- Cuando un rayo se refracta sabiendo que n1> n2 podemos afirmar que:

a) Al pasar del medio 1 al medio 2 el rayo se propaga con una rapidez menor a la inicial b) La rapidez del rayo al refractarse aumenta

c) La rapidez no cambia al pasar al otro medio d) Falta información

11. Qué color obtenemos si restamos luz verde a la luz blanca

a) Magenta b) Azul c) Amarillo d) Verde

12. Qué color obtenemos si restamos luz azul a la luz blanca

a) Azul b) Verde c) Rojo d) Ninguna de las anteriores

13. Las montañas cubiertas de nieve reflejan una gran cantidad de luz y se ven brillantes desde lejos. Pero a veces se ven amarillentas, según la distancia a la que se encuentren. ¿ Porqué se ven amarillas?

a) Porque la luz blanca se dispersa antes de llegar a ti b) Porque la luz amarilla se dispersa antes de llegar a ti c) Porque la luz azul se dispersa antes de llegar a ti d) Ninguna de las anteriores

14.Un cuerpo opaco se ilumina con luz solar observándose de color rojo. De acuerdo a esto se afirma que el cuerpo

a) refleja sólo la radiación roja. b) absorbe solo la radiación roja.

c) el cuerpo absorbe el complemento del color rojo d) Ninguna de las anteriores

15. El color complementario del color verde es:

a) Rojo b) Amarillo c) Verde d) Magenta

16. El color complementario del color rojo es:

a) Magenta b) Cian c) Azul d) Amarillo

17. Qué color obtenemos si sumamos color Rojo y Azul

a) Azul b) Rojo c) Magenta d) Amarillo

18. Si superponemos el color verde y el magenta obtenemos:

a) Azul b) Negro c) Rojo d) Blanco

19. Si superponemos el color Rojo y Cian obtenemos:

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20. Las Montañas oscuras se ven azules desde lejos. ¿ A qué se debe este color?

a) Porque la luz azul es de baja frecuencia b) Ninguna de las anteriores

c) Porque predomina el azul de atmósfera que hay entre la montaña y tu d) Porque la luz azul se dispersa antes de llegar a ti

21. La alternativa Falsa es:

a) Rojo+ Verde = Amarillo b) Azul + Verde = Cian c) Rojo + Cian = Azul d) Azul + Amarillo= blanco

22. ¿ Porqué el ocaso es rojo?

a) La trayectoria de la luz solar a través de la atmósfera es mayor al mediodía que en el ocaso b) La luz azul se dispersa más en el mediodía que en el ocaso

c) La trayectoria de la luz solar a través de la atmósfera es menor en el ocaso que al mediodía d) Ninguna de las anteriores

23. Un cuerpo opaco se ilumina con luz solar observándose de color azul. De acuerdo a esto se afirma que el cuerpo

a) el cuerpo absorbe el complemento del color Azul b) refleja sólo la radiación Azul

c) absorbe solo la radiación Azul. d) Ninguna de las anteriores

24 ¿ De qué color se ve un narciso cuando lo iluminamos con luz magenta?

a) Un narciso absorbe el color magenta de modo que si lo iluminamos de ese color se ve color magenta b) Un narciso refleja el color magenta de modo que si lo iluminamos de ese color se ve color magenta c) Un narciso al iluminarlo con color magenta se ve negro

d) Un narciso al iluminarlo con color magenta se ve rojo

25 ¿ Por qué se calientan más las hojas que los pétalos de una rosa cuando la iluminamos con luz roja ?

a) Los pétalos se ven rojos porque absorben la luz roja y las hojas reflejan la luz roja por lo que se calientan más b) Los pétalos se ven rojos porque reflejan la luz roja y las hojas absorben la luz roja por lo que se calientan más c) Los pétalos y las hojas absorben la luz roja por lo cual la rosa se calienta cuan la iluminamos con luz roja. d) Ninguna de las anteriores

26 ¿ Por qué se ven negros los pétalos de una rosa cuando la iluminamos con luz verde?

a) Los pétalos reflejan la luz verde en lugar de absorberla por lo cual el verde se pierde y se ve negro

b) Los pétalos reflejan la luz verde en vez de absorberla y esta es absorbida por la atmósfera por lo que el color verde se pierde y se ve negro

c) Los pétalos absorben la luz verde en lugar de reflejarla, como el verde es el único color que ilumina la rosa y no contiene rojo la rosa no se ve de ningún color

d) Ninguna de las anteriores

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