sábado, 11 de abril de 2015

Portada





Guía didáctica: La luz

Institución:         
Docentes:   Luis Fernando Posada M
Área:       Ciencias naturales Grado: 11º
Asignatura: Física
Objetivo:
Determinar el concepto de la luz, identificándola como una onda, por medio de experiencias  cotidianas y lúdicas, estableciendo a su vez criterios de relación que explican su comportamiento  ondulatorio.
Para realizar la siguiente actividad, es necesario tener los siguientes materiales: Una bombilla, una vela, fósforos, cartulina y algunos clavos, una linterna.

¿Cómo lo haremos? 


Te has preguntado alguna vez ¿Por qué vemos los objetos? Ahora entra a un cuarto oscuro, tapa todos los orificios por donde pueda penetrar la luz. Observa. ¿Qué puedes decir?
Enciende  una linterna dentro del cuarto oscuro y observa. ¿Qué puedes decir? Observa lo que pasa.


Sí  proyectas la luz de una linterna contra un cuerpo cualquiera. ¿Qué pasará? ¿Existirá algún cambio en  la linterna? ¿La luz se transformará? Experiméntalo y saca tus conclusiones



Podemos ver los objetos que nos rodean porque la luz que se refleja en ellos, puede  llegar  hasta nuestros ojos.








Ahora,  ¿Qué puedes decir de la  luz? ¿Por qué es tan importante?
¿Qué se está transportando con la luz?

Para  realizar la siguiente actividad, se hará el siguiente procedimiento:
  • Coge el papel cartulina y has orificios en cada una de ellas, utiliza los clavos. Alínealas de tal forma que quede una detrás de la otra.
  • Ahora, enciende las velas y colócalas delante del papel cartulina, observa. ¿Qué puedes decir? 
  • Repite la experiencia pero con la bombilla,  Observa lo que pasa. ¿Se producirá algún movimiento?
  • Ubícate detrás de la cartulina, observa. ¿Qué pasa con la luz? ¿Por qué? Físicamente, ¿Qué puedes decir? 





La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas. Las ondas que se pueden propagar en el vacío se llaman ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS, por lo tanto la luz es una radiación electromagnética. ¿Será que la luz se puede propagar  en otros medios?





La velocidad de la luz en el vacío no puede ser superada por la de ningún otro movimiento existente en la naturaleza. En cualquier otro medio, la velocidad de la luz es inferior.

La energía transportada por las ondas es proporcional a su frecuencia, de modo que cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor es su energía.




¿Crees que la luz necesitará de un medio material para propagarse?   ¿Por qué? Explica.
¿Cuál es la diferencia entre un movimiento ondulatorio y un movimiento normal? Explica tus razones. 
¿Las ondas luminosas tendrán la misma velocidad en un medio material y en el vacío? ¿Son iguales? ¿Por qué?




Ahora completa tus conocimientos entrando en la siguiente infografía.



Para finalizar con el trabajo debes hacer un ensayo, mínimo de una hoja donde hables de los fenómenos luminosos que sufre una  onda de LUZ.


Reseña histórica de la luz


El hombre inicialmente se preguntó ¿Porqué se ven los objetos que nos rodean? Algunos filósofos griegos, contestaron que la percepción de los objetos con los ojos era algo análoga hasta cierto punto, a la percepción por medio del tacto. Pero en la misma Grecia antigua también se expresó la opinión de que la luz procede de los cuerpos, los cuales fueron divididos en dos grandes clases:


·          Los que emiten luz, llamados fuentes de luz.
·          Los que reflejan luz, llamados reflectores.

Los griegos también estudiaron las sombras producidas por los cuerpos opacos cuando se interponían entre una fuente luminosa  y una superficie, concluyendo que la luz se propaga en línea recta.

El principal adelanto técnico de los griegos a la óptica se debe a Arquímedes, quién utilizó espejos cóncavos para concentrar los rayos solares y así poder quemar los barcos enemigos.

Si nos ubicamos en la época medieval, los aportes a la óptica se deben a los árabes, esto se produjo como consecuencia de la medicina, siendo el tratamiento quirúrgico de los males oculares la que produjo un interés mayor por su estructura. Este conocimiento proporcionó a los árabes la primera comprensión real de la dióptica (estudio de la luz a través de materiales transparentes) y esto llevó a la creación de la óptica moderna. El cristalino del ojo indicó el modo de utilizar las lentes de cristal para amplificar los objetos. 

Más adelante el Holandés Snell descubrió la ley correcta de la refracción, de la cual se apropió después Descartes para explicarla en función de partículas de luz en movimiento. Con la ley de Snell la óptica pareció convertirse en parte de la geometría y en principio teóricamente se hizo posible la construcción de los telescopios. 
La naturaleza física de la luz ha sido uno de los grandes problemas de la ciencia. Desde la antigua Grecia se consideraba a la luz como algo de naturaleza corpuscular, eran corpúsculos los que formaban el rayo luminoso. Así explicaban fenómenos como la reflexión y refracción de la luz. 

NEWTON en el siglo XVIII difundió esta idea, suponía que la luz estaba formada por corpúsculos lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de la luz. Escribió un tratado de óptica en el que explico multitud de fenómenos que sufría la luz.

HUY GEN dice que la luz es una onda.

MAXWEL dice que la luz es una onda electromagnética que se propaga en el vació, por lo tanto las ondas luminosas son de naturaleza electromagnética. 

Nos podemos preguntar entonces, ¿ Qué es la LUZ ?

Video uno:



Video dos: ¿Por qué el cielo es  azul?


Vídeo tres:






¿Por qué la luz se puede reflejar?

La luz puede reflejarse cuando los rayos luminosos se encuentran con un cuerpo, es decir que rebotan en él, por ejemplo la luna puede verse gracias a la luz que se refleja, esta llega del sol. 



Óptica


Vamos a estudiar el comportamiento de la luz cuando incide en superficies reflectoras y cuando penetra en sustancias  refractoras.

Consideremos inicialmente que la luz es un medio homogéneo, que se propaga en forma rectilínea y su dirección de propagación estará dada por un rayo luminoso que será la forma  geométrica que vamos a considerar en este módulo.
           


El ángulo i formado por la onda incidente y la superficie reflectora se llamará ángulo de reflexión.  Las leyes que se deben cumplir en la reflexión de la luz son:

·    Cuando la luz incide en una superficie reflectora, el ángulo de incidencia tiene la misma medida que el ángulo de reflexión, es decir:


·                 El rayo incidente, el rayo reflejado y la línea normal se encuentran en el mismo plano.





Espejos

Espejos       


      Llamaremos espejos a toda superficie reflectora capaz de producir una imagen de cualquier objeto. Los espejos pueden ser planos o esféricos.



Antes de definir las características de la imagen que se obtiene de un objeto frente a un espejo plano, definamos algunos términos que utilizaremos en nuestro estudio:

Campo del espejo           Puntos del espacio por donde pasan los rayos que incidentes.
Imagen real                     Imagen que se obtiene en el campo del espejo.
Imagen virtual                 Imagen que se obtiene en puntos diferentes al campo del espejo.
Ho                                   Tamaño del objeto.
Hi                                    Tamaño de la imagen.
do                                   Distancia del objeto al espejo.
di                                    Distancia de la imagen al espejo.

Para obtener la imagen de un objeto situado frente a un espejo plano, se trazan rayos luminosos  que pasan por el objeto e inciden en el espejo. Luego aplicamos la ley de la reflexión y se trazan los rayos reflejados de tal forma que el ángulo de incidencia sea igual al ángulo reflejado.  En la siguiente gráfica podemos observar la imagen que se forma frente a un espejo plano.







Se observa que los rayos reflejados divergen, se alejan y no se van a cortar, en cambio las prolongaciones de los rayos reflejados convergen, van todas a un mismo punto, siendo el lugar donde se encuentra la IMAGEN.


Se puede concluir que la imagen que se obtiene en un espejo plano siempre es VIRTUAL, porque se forma en puntos diferentes  al campo del espejo, además la imagen se obtiene en la intersección  de las prolongaciones  de los rayos reflejados.





Para obtener la imagen de un objeto en un espejo plano se trazan dos rayos luminosos que pasen por el objeto e incidan en el espejo, al prolongar los rayos reflejados, estos se interceptan en un punto, siendo el lugar donde se encuentra la imagen.



Veamos un resumen de la reflexión de la luz y los espejos planos





Los espejos esféricos se obtienen al sacar de una esfera un casquete esférico, este casquete tiene dos superficies  llamadas cóncava y convexa. Los espejos esféricos pueden ser cóncavos  y convexos.




Espejo cóncavo




 



Espejo convexo




Espejos cóncavos

Son todos aquellos espejos esféricos cuya superficie reflectora es la parte interior del espejo.

Espejos convexos

Son todos aquellos espejos esféricos cuya superficie reflectora es la parte exterior del espejo.


Para analizar los espejos esféricos necesitamos definir algunos términos de uso común:




Centro de curvatura (c)    Punto   del  espacio  equidistante   de  todos los otros puntos.
Radio de curvatura (r)        Distancia del centro de curvatura  al espejo.
Vértice del espejo (v)         Punto medio del espejo.
Eje principal                       Recta que pasa por el centro de curvatura  y  el vértice.
Plano focal                          Plano perpendicular  al eje principal.
Foco (f)                                Punto de intersección del plano focal y el eje principal.
Distancia focal                     Distancia que hay desde el foco  hasta el vértice  del espejo.


 Reflexión en los espejos esféricos
Las leyes de la reflexión se cumplen en cualquier tipo de superficie, por lo tanto se cumplen también en los espejos esféricos. La imagen que se obtiene de un objeto situado frente a un espejo esférico se logra de la misma forma que se hizo para el espejo plano.


En la anterior figura podemos observar que los dos rayos reflejados se interceptan en el campo del espejo, en dicho punto se encuentra la IMAGEN, la cual llamaremos IMAGEN REAL.
En la siguiente figura podemos observar que los dos rayos reflejados  no se interceptan (divergen) en el campo del espejo, pero sus prolongaciones si lo hacen en forma similar al espejo plano, estas prolongaciones se interceptan en un punto que es donde  se encuentra la IMAGEN, la cual llamaremos IMAGEN VIRTUAL.