Principios de Óptica: Teorías, Velocidad de la Luz y Fenómenos Ópticos
Enviado por Programa Chuletas y clasificado en Física
Escrito el en español con un tamaño de 5,57 KB
Óptica
Naturaleza de la luz
Teoría corpuscular
Según Pitágoras, la luz está formada por pequeños corpúsculos emitidos por los cuerpos. Las leyes fueron enunciadas por Newton, quien decía que la luz está formada por pequeñas partículas que se desplazan linealmente y que, cuando llegan a la superficie de separación de dos medios ópticamente distintos, parte de estos son repelidos por la superficie y se reflejan siguiendo las leyes de los choques elásticos, y parte son atraídos hacia otro medio, refractándose.
Leyes del choque elástico:
- El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano.
- El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales.
Leyes de la refracción:
- El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano.
- Los senos de los ángulos de incidencia y refracción están en razón inversa a la velocidad de propagación de la luz.
VT=V1seni=VT'=V2senr --> seni/senr=V2/V1
Teoría ondulatoria
La luz es un movimiento ondulatorio. Cuando un frente de ondas incide sobre la superficie de separación de dos medios ópticamente distintos, parte se refleja y otra se refracta. Supongamos que un frente de ondas incide sobre dos medios ópticamente distintos. Uno de los rayos ya ha incidido pasando al segundo medio, el otro tiene que recorrer cierta distancia. Se forman dos triángulos semejantes --> seni/B'B=senr --> seni/V1=senr/V2 --> seni/senr=V1/V2. Velocidad de Maxwell: c= 0,2999939.109 m/s
Teoría de la onda material
Luis de Broglie (dualidad onda-corpúsculo) dice que la luz es una onda que lleva asociada un corpúsculo, siendo, pues, lo que nosotros queramos en función del fenómeno concreto que estudiemos. Esta hipótesis no solo corresponde a la materia, sino también a cualquier partícula material (e-).
Velocidad de propagación de la luz
Rømer fue el primero en medirla, utilizando la observación astronómica de un satélite de Júpiter. Cuando la Tierra está más próxima a Júpiter, 6 meses después puede observarse que se produce una variación en el tiempo, que corresponde a la mayor distancia Tierra-Júpiter. Esta distancia la recorre la luz, que corresponde a una órbita terrestre --> c=0,298.109m/s.
Fizeau midió la luz mirándola sobre una rueda dentada (720 dientes) de tal forma que, si incide en un valle, la luz pasa y se refleja en un espejo situado a 8636 m. Cuando la luz vuelve a incidir sobre la rueda, si encuentra una cresta, no pasa. Aumentando las revoluciones, podemos ver la luz. La primera ocultación gira a 13,6 vueltas/s, tiempo que tarda en ir y venir del espejo, por lo que c=0,313.109m/s.
Óptica geométrica
Se divide en:
- Óptica física: estudia fenómenos ondulatorios ligados a la luz.
- Óptica geométrica: estudia consideraciones geométricas sobre la propagación de la luz.
Se basa en los siguientes principios:
- Propagación rectilínea de la luz.
- Independencia mutua de los rayos luminosos.
- Reflexión: el rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano. El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales.
- Refracción: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano. Los senos de los ángulos de incidencia y refracción están en razón directa a las velocidades de propagación de la luz en los medios respectivos (Huygens).
Índice de refracción
Relativo: cociente de la velocidad de propagación de la luz en ambos medios.
- Numerador: velocidad de la luz de donde viene.
- Denominador: velocidad de la luz a donde va.
n21=V1/V2
Absoluto: índice de refracción relativo de un medio respecto al vacío --> n1=C/V1; n2=C/V2 --> n21=V1/V2=(C/V2)/(C/V1)=n2/n1 --> seni/senr=V1/V2=n21=n2/n1 --> n1seni=n2senr
Ángulo límite y reflexión total
La luz pasa de un medio menos refringente a otro más refringente --> n1>n2 --> senr=n1/n2seni r12 --> senr=n1/n2seni >seni --> r>i. Si aumentamos el valor del ángulo incidente, llegará un momento en que alcance 900 (ángulo límite). Si a partir de eso aumentamos el ángulo, es seni>1. Si la luz incide con un ángulo de incidencia más refringente que el medio de refracción, y el de incidencia es mayor que el ángulo límite entre ambos medios, hay refracción total.
Principio de Fermat
El tiempo que la luz tarda en recorrer la distancia entre dos puntos corresponde a un valor extremo: (entre A y B) ?t=?dS/V = 1/C?(C/V)dS = 1/C?ndS. Este principio permite expresar el tiempo que tarda t=[(?x2+a2)/V1]+[(?(d-x)2)/V2] --> derivando dt/dx=[x/(?x2+a2)/V1]+[-(d-x)/(?(d2-x2)+b2)] --> despejando y multiplicando por C --> n1seni=n2senr