Ondas y Luz: Fundamentos Físicos
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Ondas: Una Introducción
Una onda es una perturbación que se mueve o desplaza transportando energía, pero no materia.
Magnitudes de las Ondas
Amplitud (A): Es la máxima distancia entre la posición de equilibrio y la parte más alta o “cresta“ de la onda. Se mide en metros (m).
Frecuencia (f): Es el número de movimientos completos de vibración u “oscilación” que se produce en un segundo. Se mide en hercios (Hz).
Periodo (T): Es el tiempo que dura una oscilación. Se mide en segundos (s). El periodo es la inversa de la frecuencia: T = 1/f.
Longitud de onda (λ): Es la mínima distancia entre dos crestas de la onda. Se mide en metros (m).
Velocidad de onda (v): Es el espacio que recorre la onda entre el tiempo que tarda en recorrer ese espacio. Se mide en metros por segundo (m/s).
Tipos de Ondas
Cuanto mayor es la longitud de la onda, menores son la frecuencia y la energía de la onda.
Las ondas se clasifican según el medio de propagación:
Ondas mecánicas: Son aquellas que necesitan un medio o materia elástica para propagarse (ej: una onda generada por un pato nadando en el agua).
Ondas electromagnéticas: Son aquellas que no necesitan un medio material o materia para propagarse (ej: la energía del sol al llegar a la Tierra).
Todas las ondas electromagnéticas se representan ordenadas según su energía, en lo que se conoce como espectro electromagnético.
La Luz y sus Propiedades
La luz visible es una onda electromagnética que podemos percibir por medio de la vista. Se caracteriza por su velocidad y por la dirección en la que se propaga.
Velocidad de Propagación de la Luz
La velocidad de la luz en el vacío (c) es muy alta, tanto que en la actualidad no se conoce ningún movimiento que la supere.
Su valor en el vacío es aproximadamente 3 x 108 m/s o 300,000 km/s. Cuando la luz atraviesa un medio material, su velocidad disminuye.
El índice de refracción (n) es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en otro medio (v). No tiene unidades.
Propagación de la Luz
La luz se propaga en línea recta. Un rayo de luz es una línea recta imaginaria que representa la dirección y el sentido de la propagación de la luz.
La propagación rectilínea de la luz explica la existencia de sombras y penumbras.
Reflexión de la Luz
La reflexión es el fenómeno por el cual la luz, al llegar a una superficie de separación entre dos medios, se refleja al primer medio cambiando de dirección.
El rayo que alcanza la superficie se denomina rayo incidente, y el rayo que sale de la superficie se llama rayo reflejado. La línea imaginaria perpendicular a la superficie se denomina normal.
El ángulo que forma el rayo incidente con la normal se llama ángulo de incidencia (i), y el que forma el rayo reflejado con la normal se denomina ángulo de reflexión (r).
Las leyes de la reflexión, también conocidas como leyes de Snell de la reflexión, son dos:
- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en un mismo plano perpendicular a la superficie.
- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
La reflexión es la responsable de que podamos ver imágenes cuando la luz incide sobre superficies que están muy bien pulimentadas o lisas, conocidas como espejos. Existen diferentes tipos de espejos: planos y curvos.
Tipos de Espejos
Espejos planos: Son aquellos en los que la superficie es plana y las imágenes se ven del mismo tamaño y a la misma distancia que el objeto que se refleja. La imagen es simétrica.
Espejos curvos: Son aquellos cuya superficie es curva. Pueden ser cóncavos y convexos.
- Cóncavos: Su superficie es el interior de una esfera. Las imágenes que producen pueden ser mayores, menores, derechas, invertidas o no producir imágenes.
- Convexos: Su superficie es el exterior de una esfera. Las imágenes que producen siempre son menores y derechas.