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NO ME SALEN
EJERCICIOS RESUELTOS DE FÍSICA Y BIOFÍSICA
Ondas, luz, óptica física y óptica geométrica
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ONDAS LUMINOSAS
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La luz es un fenómeno ondulatorio. Se propaga de un lado a otro pero lo que viaja no es materia sino una perturbación del medio. Una de las características fascinante de la luz es que puede propagarse en el vacío. (Si así no fuera cómo haría para llegarnos la luz del sol, o de las estrellas...). De modo que la perturbación oscilatoria del medio es una perturbación de tipo inmaterial. Efectivamente, lo que cambia en el medio mientras la luz se propaga son pequeños campos eléctricos y magnéticos. Por eso a la onda luminosa se la llama onda electromagnética.
El fenómeno electromagnético es muy amplio. Y la luz es apenas una porción estrecha de ese fenómeno. Podemos pasar revista al fenómeno de las ondas electromagnéticas ordenándolas según la frecuencia ondulatoria, o la longitud de la onda. |
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Este gráfico muestra las ondas electromagnéticas ordenadas desde la de menor longitud de onda (arriba) hasta la de mayor longitud de onda (abajo). La naturaleza del fenómeno es el mismo (sólo cambia la longitud de onda y la frecuencia) pero la apariencia del fenómeno se hace totalmente diferente, sin embargo es lo mismo.
Si ordenásemos según la frecuencia obtendríamos el mismo gráfico, con las mayores frecuencias arriba y las menores abajo. Eso es lógico ya que el producto entre longitud de onda y frecuencia es constante para un mismo fenómeno, que es la velocidad de propagación:
v = λ . f
Y en este caso se trata de la velocidad de la luz, c, cuyo valor (aproximado) es: |
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c = 300.000.000 m/s |
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Según todos los experimentos hechos hasta la fecha, la velocidad de la luz es un máximo insuperable en nuestro universo. Ese dato -inexplicable y sorprendente- fue incorporado a la Teoría de la Relatividad Especial (1905) como un principio universal, y se ha verificado innumerables veces directa e indirectamente. Nada viaja más rápido que la luz (o cualquier otra onda electromagnética) en el vacío.
El gráfico también muestra un ordenamiento por la energía que transportan las ondas electromagnéticas, ya que la energía de la onda viene dada por:
E = h . f
(h es la constante de Planck, h = 6,626 x 10-34 J s). |
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El gráfico muestra una escala logarítmica:
la onda de mayor longitud es mil trillones de veces más grande que la más pequeña |
El primero en darse cuenta de que la luz era un fenómeno ondulatorio fue el físico neerlandés Christiaan Huygens (1629 -1695) ya que logró con pequeños haces luminosos efectos que sólo podían hacer las ondas, como la interferencia, la difracción, etc. Isaac Newton, en cambio, pregonaba la teoría corpuscular de la luz y algunos experimentos como la dispersión con un prisma parecían darle la razón. Recién con el advenimiento de la Relatividad y la Cuántica se conciliaron ambas teorías en lo que hoy se conoce como la naturaleza dual (onda-partícula) de la luz.
Indice de refracción, velocidad de la luz en diferentes medios
Se llama índice de refracción, n, (por motivos que veremos más adelante) al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío, c, y la velocidad en otro medio cualquiera por el que vieje la luz, v. |
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¿onda
o
partícula? |
n = c / v
se trata de una propiedad característica de cada medio. Acá tenés una tabla con los medios más utilizados. Dado el indice de refracción de una sustancia puede conocerse el valor de la velocidad de la luz en ella. |
| medio |
n |
| aire |
1,0003 |
| agua (a 20 °C) |
1,3333 |
| vidrio (varios tipos) |
1,4 a 1,7 |
| diamante |
2,412 |
| silicona |
1,6 |
| fibra óptica (varias) |
<1,45 |
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| CHISMES IMPORTANTES |
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- Cuando se descubrió que la luz era un fenómeno ondulatorio, resultó muy perturbadora la idea de que pudiese vajar en el vacío. Entonces se postuló la existencia de un cuerpo material que llenase todo el universo, que fuese muy sutil -para no entorpecer el movimiento de lo astros- y que soportara la propagación de la luz. Se lo llamó éter y representó un dolor de cabeza.
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Desde antiguo se creía que el fenómeno luminoso era instantáneo. Pero varios fueron los que sospecharon que se propagaba a una velocidad finita. El primero en intentar medir la velocidad de la luz fue Galileo (quién otro). Subió a una colina con una linterna, y un ayudante hizo lo propio a unos kilómetros de distancia. Se hicieron señales luminosas e intentaron medir el retraso. No logró medirla... pero concluyó: "debe ser más rápida que lo que el método puede detectar".
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- La velocidad de la luz aceptada en la actualidad es 299.792.458 m/s.
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- La naturaleza electromagnética de la luz no fue buscada sino encontrada. Resulta que Jame Clerk Maxwell (1789-1831) desarrollando la teoría de campos, dedujo que era posible la existencia de las ondas electromagnéticas, o sea, microscópicos campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se autoperpetuaran en el vacío como una propagación ondulatoria. Cuando hizo el cálculo de la velocidad a la que tal fenómeno debía propagarse se encontró con un valor idéntico al que yo se conocía para la luz. ¿No sería, entonces, la luz una radiación electromagnética? Y... parece que sí.
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| PREGUNTAS CAPCIOSAS |
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- ¿Puede ser que los electrones viajen más rápido que la luz?
- ¿Qué es un año luz?
- ¿A qué velocidad viaja la luz mala?
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"¡Hágase la luz!" Siempre me pregunté a quién le daba órdenes Dios. Última actualización sep-09. Buenos Aires, Argentina. |
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