Naturaleza_de_la_luz

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Naturaleza de la luz
Leyes de Reflexión
Leyes de Refracción
Espejos
La óptica es el estudio de la luz y la visión.
La luz se comporta como una onda en su propagación y como una partícula (fotón) cuando interactúa con la materia. A esto se le conoce como dualidad onda-partícula de la luz.
Onda:
consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad del espacio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, implicando un transporte de energía sin transporte de materia. El espacio perturbado puede contener materia (aire, agua, etc.) o no (vacío).
Tipos de Onda:
Mecánicas: requieren un medio elástico para propagarse.
Electromagnéticas: Se propagan en el vacío.
Gravitatorias: son alteraciones del espacio-tiempo.
Luz
Elementos de una Onda
Cresta: Es el punto de máxima amplitud positiva.
Valle: Es el punto de máxima amplitud negativa.
Línea de equilibrio
A
A
(A) Amplitud: Es la distancia vertical entre una cresta o Valle y la línea de equilibrio.
Nodos: puntos de corte con la línea de equilibrio
() Longitud de onda: Es la distancia que hay entre el mismo punto de dos ondulaciones consecutivas
Una oscilación = un ciclo
Período: Tiempo que tarda en completar un ciclo
 Frecuencia: número de ciclos por unidad de tiempo.
x
(x) Elongación: Es la distancia entre un punto de la onda y la línea de equilibrio
Un frente de onda se define por los puntos adyacentes de una onda que están en fase.
Un rayo es una línea perpendicular al frente de onda en la dirección de la propagación. El rayo apunta en dirección del flujo de energía de la onda.
Los rayos en un mismo frente plano de onda son paralelos entre sí. 
Descripción geométrica de una onda: Frentes de onda y rayos.
El empleo de representaciones geométricas de frentes de onda y rayos para explicar fenómenos como la reflexión y la refracción de la luz se llama óptica geométrica.
Reflexión: implica la absorción y la reemisión de la luz por medio de vibraciones electromagnéticas complejas en los átomos del medio reflectante. Cuando hacemos incidir un rayo de luz sobre una superficie pulida, una parte de la luz atraviesa la superficie pero otra parte se refleja y este último aspecto lo estudiaremos de forma aislada.
Leyes de la Reflexión:
1ª Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado pertenecen a un mismo plano.
2ª Ley: El ángulo que forma el rayo reflejado con la normal (ángulo de reflexión) es igual al ángulo que forma el rayo incidente con la normal (ángulo de incidencia).
Reflexión regular (especular):
Cuando la superficie reflectante es lisa, los rayos reflejados originados por rayos incidentes paralelos, también son paralelos, como ocurre con los espejos planos pulidos. Los rayos paralelos, producen una imagen al examinarlos con un sistema óptico, como el ojo o una cámara.
Reflexión irregular (difusa):
Cuando la superficie reflectante es áspera, los rayos reflejados no son paralelos. La reflexión difusa no produce una imagen, porque la luz se refleja en varias direcciones.
Irregularidades superficiales son mayores que la longitud de onda de la luz
Trazado de los rayos reflejados
Hay dos espejos, M1 y M2, perpendiculares entre sí, y un rayo luminoso se dirige al primer espejo con un ángulo de incidencia de . 
a) Trace un diagrama de la trayectoria del rayo de luz.
b) Determine la dirección del rayo después de reflejarse en M2.
Refracción es el cambio de dirección de una onda en la interfase donde pasa de un medio transparente a otro. Este cambio de dirección se debe al hecho de que la luz viaja con distinta rapidez en medios diferentes. La velocidad de referencia es la velocidad de la luz en el vacío (300000 km/s), la cual se denota con la letra “c”. El cambio en la dirección de la propagación de la onda se describe con el ángulo de refracción ().
El cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en un medio determinado se conoce como índice de refracción y se denota con la letra “n”. Es índice de refracción es una magnitud escalar adimensional.
La frecuencia (ƒ) de la luz no cambia cuando entra en otro medio, pero su longitud de onda en un material (λm) difiere de la que presenta en el vacío, como se demuestra con facilidad:
Leyes de la Refracción:
1ª Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado pertenecen a un mismo plano.
2ª Ley: El ángulo que forma el rayo refractado con la normal (ángulo de refracción) es directamente proporcional al ángulo de incidencia e inversamente proporcional al índice de refracción del medio refractante (2do medio). Esta ley se sintetiza en la ley de Snell.
De esto se derivan otras relaciones como:
Medio 1 (n1)
Medio 2 (n2)
	Medio	Velocidad de la luz
 (km/s)	Índice de Refracción (n)
	Vacío (c)	300000	1.00
	Aire	299910	1.00
	Agua	225564	1.33
	Hielo	393000	1.31
	Alcohol etílico	220588	1.36
	Cuarzo fundido	205479	1.46
	Circón	576000	1.92
	Diamante	123967	2.42
	Vidrios:		
	Vidrio Crown	197368	1.52
	Vidrio flint (medio)	186335	1.61
	Ojo humano	400800- 421800	1.336-1.406
	Poliestieno	447000	1.49
	Aceite	438000-450000	1.46 -1.50
Refracción
Aire
Agua
Vidrio Crown
Aire
Ejemplo 1
Ejemplo 2
Un rayo de luz va por el aire y llega a la cubierta de vidrio de una mesa de café, formando un ángulo de incidencia de 45° (▼figura 22.11). El vidrio tiene un índice de refracción de 1.5. 
¿Cuál es el ángulo de refracción de la luz que pasa al vidrio?
Demuestre que el rayo que sale del vidrio es paralelo al rayo incidente, esto es, que θ4=θ1. 
Si el vidrio tiene 2.0 cm de espesor, ¿cuál es el desplazamiento lateral entre el rayo que entra al vidrio y el
que sale de él? (El desplazamiento lateral es la distancia perpendicular entre los dos rayos:
d en la figura 22.10.)
Reflexión interna total y fibras ópticas.
Para el ángulo de incidencia, llamado ángulo crítico (θc), el ángulo de refracción es 90° y el rayo refractado se dirige a lo largo de la interfase entre los medios:
Aplicando éstos datos a la ley de Snell tenemos:
Teniendo en cuenta que el Sen90°=1:
Así el ángulo critico está definido como: 
Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico (θ1 > θc), la luz ya no se refracta, sino se refleja internamente, A esta condición se le llama reflexión interna total. Gracias a la reflexión interna total, es posible usar prismas como espejos
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