Trayectoria del rayo de luz a través del microscopio

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Teoría corpuscular de la luz


enunciada por Isaac Newton, explica la propagación rectilínea de la luz.
La formación de sombras, la propagación en el vacío y propiedades como la reflexión y refracción. Dice que la luz está formada por pequcños corpúsculos que se propagan a gran velocidad.

Teoría ondulatoria de la luz.-

enunciada por Christan Huygens basándose en los trabajos de Robert Hooke. Dice que la luz está formada por ondas parecidas a las del sonido. La velocidad de propagación en el agua debía ser menor que la del aire lo que estaba en contradicción con lo sugerido por NewtonEsta teoría quedó casi olvidada debido al enorme prestigio de su rival.A principios del-siglo-XIX los experimentos de Thomas Young sobre interferencias luminosas,los de Fresnel sobre los fenómeno de difracción y polarización y el descubrimiento de Foucault de uqe la velocidad de la luz en el agua era menor que en el aire,hicieron que se aceptara universalmente la teoría ondulatoria aunqeu seguía habiendo lagunas como que para su propagación se necesitaría un medio sólido muy rígido y al mismo tiempo tenue y sin apenas rozamiento.Maxwell en 1865 demostró que la luz era un fenómeno ondulatorio electromagnético que se propaga sin necesidad de un medio material a 3·10^8

Doble naturaleza de la luz.-


Varios experimentos de principios del Siglo XX volvieron a poner en duda la teoría ondulatoria.Cuando un haz de frecuencia adecuada incide sobre un metal, este expulsa electrones. Se conoce como efecto fotoeléctrico y fue explicado por Einstein en 1905 suponiendo que las ondas luminosas se concentian en pequeños paquetes, cuantos de energía, llamados fotones con energía: E=hf donde h es la constante de Planck y f la frecuencia. Este hecho era inexplicable según la teoría ondlatoria
Parece pues fuera de toda duda que los fenómenos que implican interacción y materia se explican a base de una teoría corpuscular,en cambio en algunas de sus propiedades como la reflexión,refracción y polarización solo pueden describirse atendiendo a un carácter ondulatorio.Es por esto que la luz se manifiesta con doble naturaleza aunque no lo hace de manera simultanea.

Propagación de la luz-


La luz se propaga según lineas rectas que llamamos rayos y que son perpendiculares a los frentes de onda
Un ejemplo de esta propagación es la formación de sombras y penumbras.Roemer en 1675 basándose en el tiempo transcurrido entre dos eclipses de uno de los satélites de Júpiter. Obtuvo un valor de2,1·10^8 m/s. Unos doscientos años después Fizeau usó un método más preciso que fue perfeccionado por Foucault y por Michelson obteniendo un valor de 2,997 10^8 m/s.Sin embargo la velocidad de la luz depende del medio en que se propaga. Se.Llama indice de refracción absoluto a la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad en otro medio.Aunque en el vacío la velocidad es la misma para las distintas longitudes de onda, no ocurre asicon los demás medios en los que depende de la longitud de onda
siendo λo la longitud de onda de la luz en el vacío.Si lo que se quiere es comparar la velocidad en dos medios distintos se usa el indice de refracción relativo n2,1=n2/n1=v1/v2

Espectro electromagnético


-  Se conoce así al conjunto de todas tas radiaciones de diferente frecuenciaen que puede descomponerse la radiación electromagnética. Como la velocidad de propagación es constante dicho espectro se caracteriza por la longitud de la onda o la frecuencia.El espectro se divide tradicionalmente en 7 zonas:

Ondas de radio:

son las de longitud de onda mayor con un límite inferior de unos.30 cm. En ese amplio intervalo hay ondas largas(km),de radio AM(hm),radio FM y televisión(m) y onda corta(cm).

Microondas:

desde I mm a 30 cm. La parte más baja se usa para telefonía móvil también se usan para comunicaciones con vehículos espaciales pues penetran fácilmente en la atmósfera.
Infrarrojo (IR): desde I min a 10 ^-6m. Son las emitidas por cuerpos calientes.
Visible:
Es la franja que pueden captar nuestros ojos. Abarca desde 10^-6 a 390 nm y va desde elrojo (1000 nm) al violeta (390 nm) pasando por el naranja, amarillo, verde y azul.
Ultravioleta (UV): de 390 hasta I nm. Esta zona se subdivide en otras tres La UV-A, que es un buen catalizador de vitaminas y que contribuye a la fijacrón del calcio en los huesos. La UV-B, que en alta intensidad es perjudicial para el sistema inmunológico, piel y ojos humanos y que impide el crecimiento de las plantas y del plancton Y la UV-C, la mas dañina, que es absorbida por la capa de ozono casi en su totalidad, junto con parte de la B.

Rayos X

Sus longitudes de onda van desde I nm hasta 10 m, es decir del tamaño de las distancias interatómicas en sólidos por lo que son útiles para determinar la estructura de los cristales y en medicina para las radiografías. Su peligro deriva de la alta energía que transmiten.

Rayos gamma y

Desde los 10^-11 m hasta valores infinitesimales. Su frecuencia y energía son muy clevadas por lo que son muy peligrosos para cualquier forma de vida. Sc usan para combatir células cancerosas. Son absorbidos por el plomo o el hormigón de cierto grosor.

Reflexión de la luz.

Cuando una onda luminosa incide sobre una superficie de separación de dos medios transparentes, parte se refleja cambiando de dirección pero conservando la velocidad y la otraparte pasa al otro medio donde se transmite y absorbe parcialmente cambiando de dirección y de velocidad.En la reflexión, que ya hemos estudiado, veíamos que existía un ángulo de incidencia y otro ángulo reflejado y experimentalmente son fáciles de comprobar las leyes de Snell para la reflexión1- el rayo incidente, la norinal y el rayo reflejado están en el mismo plano2- los ángulos de incidencia y reflejado son iguales

Refracción de la luz-
Se conoce así al cambio en la dirección de propagación de la luz cuando incide oblicuamente de un medio a otro distinto. Como en el caso anterior existen un ángulo de incidencia y ptro refractado. Las leyes de Snell de la refracción1- el rayo incidente, la normal y el ángulo refractado están en el mismo plano 2 - la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo refractado es una constante característica de los dos medios sen i/sen r=n2/n1=v1/v2
Difracción de la luzEs un fenónieno por el cual, al interponer un objeto opaco con una pequeña trayectoria de un haz de luz, se forman tras el obstáculo franjas de interferencia claras y oscuras alternas.Este fenómeno es observable en cualquier ámbito de la vida. Por ejemplo al observar bombillas o estrellas desde una cierta distancia, no aparecen nítidas sino que los bordes aparecen estrellados o difuminados como consecuencia de la difracción que se produce en la pupila del ojo.
Este fenómeno es inexplicable con la teoría corpuscular de la luz pero si con la naturaleza ondulatoria y aceptando el principio de propagación de Huygens. Así serán las interferencias que se forman entre las ondas que pasan por la abertura y las secundarias emitidas por los bordes de la mismas.

Polarización de la luz

Se dice que una onda está polarizada si la vibración se realiza siempre en una sola línea.Se llama plano de polarización al que forman la dirección de propagación y la dirección de vibraciórn.La polarización sólo se puede dar en ondas transversales y de hecho, cuando la onda está producida por un sólo foco, normalmente está polarizada. Sin embargo cuando procede de varios focos no está polarizada. Esto ocurre en el caso de la luz, aunque se puede polarizar:polarización por reflexión.- cuando la luz llega a una superficie de separación entre dosmedios, parte puede reflcjarse y parte refractarse. La luz reflejada está parcialmente polarizada y el que lo esté más o menos depende del ángulo de incidencia. Si este es de tal valor que los reflejados scan perpendiculares a los refractados, la luz estará completamente polarizada.Polarización por absorción.- cuando la luz pasa a travės de determinadas sustancias llamadas polaroides al salir de este medio está polarizada linealmente. Esto es así porque estas sustancias tienen la propiedad de absorber parte de la energía y sólo permiten el paso de aquella cuya dirección de vibración coincide con una determinada dirección

Dispersión de la luz


La luz blanca es en realidad una mezcla de luces de diferentes colores: rojo, naranja, amarille verde, azul, anil y violcta .La dispersión es la descomposición de una luz compleja en otras más simples, es la separación de la luz en las longotudes de onda que la componen, Se puede conseguir usando un prisma de vidrio y la luz se separa porque cada tipo de luz tiene una velocidad distinta La luz roja atraviesa el prismia con gran velocidad por lo que se desvía menos y la violeta lo hace con la velocidad más pequcña y por ello es la más desviada.Este hecho hace que podamos escriir la ley de Snel de la refracción de la siguiente manera 

Ángulo Limite y reflexión total


Como hemos visto para la refracción, cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro menos refringente el rayo refractado se aleja de la normal Si el ángulo de incidencia es grande, el rayo no puede refractarse y entonces se refleja totalmente en la superficie de separación de ambos medios.Para un cierto ángulo de incidencia, el ángulo de refracción vale 90. Al ángulo incidente se le llama ángulo limite y la ley de refracción se puede eseribir.Para ángulos de incidencia mayores no se produce refracción y toda la luz se refleja. Se produce este fenómeno cuando la luz pasa a un medio menos refringente (n1> n2) y se llama reflexión total.Para el vidrio, el ángulo limite es 42 po lo que es posible fabricar prismas de vidrio en los que haya reflexión total muy úiles en instrumentos ópticos pues absorben menos luz que los espejos.Este es la base del funcionamiento de las fibras ópticas. Si un haz de luz se transparente en forma de tubo, de modo que el ángulo de incidencia respecto a las paredes del mismo supera el ángulo crítico  se produce la reflexión total interna. Este proceso se repite a lo largo de todo el tubo.

Miopía

- el cristalino no enfoca sobre la retina los rayos paralelos procedentes de un objeto lejano y la imagen se forma por ello delante de la retina. Por eso, los objetos lejanos se ven borrosos. Es debido a que la córnea tiene mucha curvatura o a que el ojo tiene más longitud de la normal. Para corregirla se usan lentes divergentes para que el foco imagen coincida con el punto remoto del ojo.

Hipermetropía

- Es el defecto opuesto a la miopía. Los rayos procedentes de un objeto próximo al ojo se enfocan en un punto situado tras la retina, por lo que se ve borroso. Puede que sea que el ojo es más corto de lo normal o que la córnea sea demasiado plana. Se corrige con lentes convergentes Presbicia-
También se llama vista cansada y se debe a la disminución del poder de acomodación del ojo. Por la edad, los músculos ciliares se debilitan al tiempo que disminuye la flexibilidad del cristalino alejándose  el punto próximo ,por lo que los objetos que  se encuentran cerca se ven con dificultad. Se corrige con lentes convergentes.

Astigmatismo

- Se debe a que la córnea no es perfectamente esférica y el ojo no es capaz de enfocar a la vez lineas verticales y horizontales. También se produce por la falta de esfericidad de otras partes del ojo. Se corrige con lentes cilíndricas.Las lentes de las gafas han sido sustituidas en muchos casos por lentes de contacto. Además,en los últimos años, se puede tallar la curvatura de la córnea con intervenciones quirúrgicas (queratotomía radial) y con láser, haciendo innecesario el uso de lentes

El ojo humano


-Tiene forma aproximadamente esférica y unos 2,5 cm de diámetro.La luz entra a través de la cornea que es transparente. El iris regula la cantidad de luz que entra a través de la pupila y el sistema córnea-cristalino enfoca la luz sobre la zona más sensible de la retina (mancha amarilla). En la retina hay dos tipos de receptores llamados bastones y conos que transmiten la información al cerebro a través del nervio óptico.El cristalino es una lente biconvexa con un indice de refracción de 1,43 (algo mayor que la del agua). Los indices de refracción de los humores vítreo y acuoso son más parecidos a los del agua.La mayor desviación de la luz se produce en la córnea debido a su pequeño radio de curvatura.El cristalino hace posible el enfoque sobre la retina por la acción de los músculos ciliares que modifican su curvatura y permiten la visión de los objetos próximos y lejanos. Este procesose llama acomodación del ojo.Para un ojo normal, el punto mas próximo que el cristalino puede enfocar en la retina está a unos 25 cm del ojo (punto próximo) mientras que el mas lejano, el infinito para un ojo
normal, se llama punto remoto. El punto próximo varia con la edad.

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