INSTITUCIÓN EDUCATIVA ALFONSO LÓPEZ PUMAREJO
TULUÁ
GUIA # 1
FÍSICA GRADO ONCE
TEMA: ÓPTICA GEOMÉTRICA
DOCENTE: GERMÁN ANDRÉS AMAYA DOMÍNGUEZ
Objetivo: Desarrollar habilidades para explicar y analizar las manifestaciones de la naturaleza en el fenómeno óptico de la luz, para comprender la importancia de la presencia humana en el medio y así mismo resolver situaciones problémicas.
MOTIVACIÓN:
El espectro de Luz.
En un libro de óptica Isaac Newton describe un experimento con el que pudo
comprobar una característica especial de la luz. Para ello, Newton oscureció
totalmente una habitación y permitió la entrada de un haz de luz a través de una
pequeña ranura en las cortinas, que hacía llegar a una hoja de papel colocada frente
a ella. Frente al rayo de luz obtenido colocó un prisma, y observo un extraño
fenómeno: La luz atravesó el prisma pero al hacerlo lo hizo en forma de varios rayos
de colores diferentes. Sus resultados los presentó con un dibujo como el que se
aprecia a continuación.
Con mi pensamiento de conocimiento adquirido, interpreto, argumento y
propongo como respuestas a las preguntas:
1. A partir del resultado de la experiencia lo que manifiesto acerca de la naturaleza
de la luz blanca es:
2. El fenómeno natural que nos muestra un espectro de luz como el de la experiencia
se llama: ___________________
3. La formación del arco Iris consiste en:
4. Consulto en qué consiste el círculo cromático:
5. Cuando la luz blanca brilla en un objeto, se ve de color verde, es porque:
A. Ésta absorbe toda la luz blanca y se hace más verde
B. Se refleja la parte verde de la luz y absorbe más el resto.
C. Ésta absorbe solamente la parte verde de la luz.
D. Esto es propio de la luz verde.
Instrucciones:
1.- Lee atentamente el documento junto con tu compañero y responde las actividades en tu cuaderno
NATURALEZA DE LA LUZ
MOTIVACIÓN: realiza la siguiente lectura:
La óptica tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana, por ejemplo una máquina fotocopiadora, lentes de aumento, un proyector... cada vez que vas a un cine o un teatro a ver una película se está aplicando la óptica ya que para proyectar esto se están usando lentes y los lentes juegan un papel muy importante con respecto a la luz, es decir, la
manera en que la luz choca con un lente y transmite una imagen o un cambio de dirección de la luz.
También la óptica se aplicó para la invención del microscopio óptico el cual hoy ha sido de gran utilidad en los campos de la ciencia en donde la estructura y la organización microscópica es importante, incorporándose con éxito a investigaciones dentro del área de la química (en el estudio de cristales), la física (en la investigación de las propiedades físicas de los materiales), la geología (en el análisis de la composición mineralógica de algunas rocas) y, por supuesto, en el campo de la biología (en el estudio de estructuras microscópicas de la materia viva), por citar algunas.
La industria farmacéutica le debe mucho a la óptica por los microscopios. Así mismo, muchas industrias utilizan además interferómetros, filtros de luz, proyectores (industria editorial o litográfica), las impresoras láser utilizan la óptica, así como los quemadores de disco, hay termómetros ópticos (pirómetros), la industria militar utiliza visores nocturnos, satélites con telescopios de gran potencia, etc.
La industria automotriz utiliza la óptica en el diseño de las luces o faros, en el ámbito de comunicaciones, la fibra óptica es un ejemplo muy interesante, ya que utiliza el comportamiento de la luz para transmitir datos muy eficientemente, etc.
NUEVOS CONCEPTOS
La luz es uno de los fenómenos físicos que más han interesado al hombre a lo largo de la historia: Desde hace más de 2000 años, los griegos plantearon explicaciones y formularon modelos sobre la naturaleza de la luz, en los cuales planteaban que la velocidad de la luz era infinita. Luego, personajes como Newton, Young, Descartes, Einstein, entre otros, plantearon modelos, que en diferentes épocas fueron bastante controvertidos.
EL ÉTER Y LAS TEORÍAS DE LA LUZ
Hacia finales del siglo XIX, James Clerk Maxwell (1831-1879) había propuesto que la luz era una onda transversal. Como parecía difícilmente concebible que una onda se propagase en el vacío sin ningún medio material que hiciera de soporte se postuló que la luz podría estar propagándose realmente sobre una hipotética sustancia material, para la que se usó el nombre de “ÉTER”.
Según se pensaba entonces, debido a que la velocidad de la luz dependería de la densidad del medio, siendo en general más lenta en medios más densos, se propuso que el éter habría de tener una densidad ínfima y un gran coeficiente de elasticidad. Esta explicación estaba presente en los tiempos de formulación de la teoría del campo electromagnético por Maxwell (1831-1879), Lord Kelvin (1824-1907) y Nikola Tesla (1856-1943), en la que el concepto de éter se incluía de manera semejante al moderno concepto de campo electromagnético.
AMPLIACIÓN DE CONCEPTOS Naturaleza de la luz
La luz presenta una naturaleza compleja: depende de cómo la observemos se manifestará como una “onda” o como una “partícula”. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios (Dualidad onda-corpúsculo). Sin embargo, para
obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fenómenos en los que participa según su interpretación teórica.
La dualidad onda-corpúsculo, también llamada dualidad onda-partícula, resolvió una aparente paradoja, demostrando que la luz puede poseer propiedades de partícula y propiedades ondulatorias.
De acuerdo con la física clásica existen diferencias entre onda y partícula. Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula.
Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un “concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa”.
Para Demócrito (siglo IV a.C.), la luz era un flujo de partículas emitidos por cuerpos visibles. Según la física aristotélica, la luz era una especie de pulso emanado por cuerpos visibles.
Leonardo da Vinci (1451-1519) estableció una similitud entre la luz, el sonido y las onda en el agua. Robert Hooke (1635-1703), antagonista de Newton, se decidió por el modelo ondulatorio.
Christian Huygens concebía la luz como un conjunto de ondas que se propagaban a
través de algún medio material, el cual debía estar en todas partes, llenando cualquier espacio, y recibió el nombre de “éter cósmico”, análogamente como el sonido era una perturbación del aire. Huygens argumentaba que si la luz fuera un conjunto de partículas, los haces de luz provenientes de dos objetos deferentes, que se cruzaban, debían interferirse mutuamente y esto, no había sido observado hasta el momento.
Newton (1642-1727) estudió el comportamiento de la luz a través de observaciones concienzudas y rigurosas, para adoptar el modelo corpuscular, basado en que la luz se propaga en línea recta, formando sombras definidas y explicó algunos fenómenos como la descomposición de la luz blanca a través de un prisma y un año después Robert Hooke explicó el mismo fenómeno en términos de la naturaleza ondulatoria de la luz.
Basado en que la luz se propaga en línea recta, formando sombras definidas, Newton refutó el modelo ondulatorio de la luz, pues las ondas se deforman en torno a los objetos que encuentran a su paso, así que Newton insistía en que la luz era una corriente de partículas con gran velocidad de propagación, a través del espacio.
A comienzos del siglo XIX, los trabajos de Thomas Young (1773-1829) y Agustin Jean Fresnel (1788-1827), sobre interferencia y difracción de la luz, sacaron a flote nuevamente el debate sobre la naturaleza de la luz.
A partir de 1820, la teoría ondulatoria sobre la naturaleza de la luz y la existencia del éter cobró nueva fuerza. La luz se concebía entonces como una onda longitudinal. Sin embargo en 1816, Young sugiere que la luz es una onda mecánica transversal.
A finales del siglo XIX, los trabajos de Maxwell, Faraday y Hertz, probaron que la luz era una onda electromagnética, es decir, una combinación de campos eléctricos y magnéticos, que se propagaban a través del éter.
En el siglo XX, la física moderna prescinde del éter y retorna al modelo corpuscular. Se consolida la teoría que sostiene que la energía de la luz no se dispersa en frentes de onda, sino que se concentra en paquetes energéticos llamados fotones.
Desde las primeras décadas del siglo XX, la física teórica tuvo que aceptar la naturaleza dual de la luz, según la cual, dependiendo del contexto, la luz se puede comportar como una onda o como un flujo de partículas.
TEORÍA ONDULATORIA
Esta teoría, desarrollada por Christian Huygens, considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampère) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación.
Para poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parámetros habituales de cualquier onda:
Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento.
Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio.
Frecuencia (ν): Número de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad inversa al periodo.
ACTIVIDAD EN EL AULA
TRABAJO EN GRUPO: resuelva e interprete las siguientes situaciones: CUESTIONARIO DE NATURALEZA DE LA LUZ
Nombre algunas aplicaciones de la óptica en nuestras vidas.
A. Realice una línea de tiempo, en donde muestre la evolución del concepto de la luz con los respectivos nombres de los científicos que hicieron el aporte científico. B. ¿Quiénes fueron los primeros en formular teorías acerca de la naturaleza de la
luz?
C. ¿Qué es la óptica?
D. ¿Cuál es la velocidad de la luz, cómo se simboliza y cuántas veces es más rápida que la velocidad del sonido?
E. ¿Qué es el éter?
F. ¿En qué consiste la dualidad onda-partícula?
G. Nombre los científicos que sostenían la teoría ondulatoria de la luz. H. Nombre los científicos que sostenían la teoría corpuscular de la luz. I. ¿Explique en qué consiste la teoría ondulatoria de la luz?
J. ¿Explique en qué consiste la teoría corpuscular de la luz? K. ¿Qué probaron Maxwell, Faraday y Hertz?
L. ¿La velocidad de los electrones es mayor que la velocidad de la luz? M. ¿Qué es un año luz
