Objetivo General:
Comprender el concepto de la luz como fenómeno electromagnético.
Objetivos Específicos:
1. Analizar el contenido y así, adquirir conceptos preliminares a la clase - laboratorio.
2. Diseñar un experimento en el cual se presenten algunas características de la luz como fenómeno electromagnético.
El presente material les permitirá ampliar sus conocimientos a cerca de la luz como fenómeno electromagnético.
1. Lee y realiza un análisis en tu cuaderno de física:
¿Qué es la luz?
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. La luz es una radiación electromagnética.
(Recuerda que una onda es propagación de energía a través de un espacio o un medio determinado).
Sin embargo, se hace necesario anotar que la luz como onda electromagnética no requiere necesariamente de un medio elástico (con moléculas) para propagarse, lo puede hacer a través del "vacío".
Características de las Ondas Electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas se
propagan en el vacío a la velocidad de 300000 km/s, que se conoce
como "velocidad de la luz en el vacío" y se simboliza con la letra c (c =
300000 km/s).Se dice entonces que la velocidad de la luz en el vacío no puede ser superada por la de ningún otro movimiento existente en la naturaleza, sin embargo, hoy en día esta afirmación esta en cuestionamiento. 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.
Las ondas electromagnéticas se
clasifican según su frecuencia como puede verse en el siguiente diagrama que representa el espectro electromagnético:
El espectro Electromagnético
La luz forma parte del espectro electromagnético que comprende tipos de ondas tan dispares como
los rayos cósmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, los infrarrojos y las ondas de radio o
televisión entre otros. Cada uno de estos tipos de onda comprende un intervalo definido por una
magnitud característica que
puede ser la longitud de onda (λ) o la frecuencia (f). Recordemos que la relación entre ambas es:
λ=f/c
donde c es la velocidad de la luz en el vacío (c = 3·108 m/s).
PROPIEDADES DE LA LUZ
Podemos decir entonces, que la luz presenta tres características:
1. La luz se propaga en línea recta: La
línea recta que representa la dirección y el sentido de la propagación de la luz
se denomina rayo de luz (el rayo es una representación, una línea sin grosor, no
debe confundirse con un haz, que sí tiene grosor).
Un hecho que demuestra la propagación
rectilínea de la luz es la formación de sombras. Una sombra es una silueta
oscura con la forma del objeto.
Sombras, penumbras y eclipses
- Si un foco, grande o pequeño, de luz
se encuentra muy lejos de un objeto produce sombras nítidas.
- Si un foco grande se encuentra
cercano al objeto, se formará sombra donde no lleguen los rayos procedentes de
los extremos del foco y penumbra donde no lleguen los rayos procedentes de un
extremo pero sí del otro.
Este fenómeno de sombra y penumbra es
el que tiene lugar en los eclipses.
A. ECLIPSE DE SOL:
Cada vez que la Luna nueva pasa
entre el Sol y la Tierra se produce un eclipse solar. Cuando esto sucede no
siempre ocurre este fenómeno porque la órbita lunar tiene una inclinación de
unos 5 grados respecto a la Eclíptica y la mayoría de los meses nuestro
satélite pasa muy cerca del disco solar sin llegar a ocultarlo. Los eclipses
solares pueden ser totales, parciales o anulares, según la proporción del Sol
cubierta por el disco lunar. Es una casualidad que el tamaño relativo de la
Luna y del Sol sean aproximadamente el mismo. El Sol es 400 veces más grande
que la Luna, pero resulta que ésta, está 400 veces más cerca de la Tierra que
nuestra estrella. Como nuestro planeta rota y la Luna se mueve, la sombra lunar
traza un camino curvo sobre nuestro planeta. Cuando la sombra llega a la
Tierra, es "muy pequeña", alcanzando un máximo de 270 Km de ancho y
por ese motivo, los eclises de Sol solo se pueden observar desde lugares muy
concretos.
B. ECLIPSE DE LUNA:
En un eclipse de
luna, la tierra se interpone entre el sol y la luna, las zonas de sombra y de
penumbras proyectadas por nuestro planeta sobre la luna son más grande que el
diámetro lunar debido al mayor tamaño de la tierra. Si la Luna entra por
completo en la umbra se produce un eclipse total de Luna, por el contrario si
se adentra en la penumbra se producirá un eclipse penumbral de Luna; mientras
que si llega a adentrase parcialmente en la zona umbral, se produce un eclipse
parcial de Luna.
2. La Luz se refleja (Reflexión): La reflexión de la luz se representa
por medio de dos rayos: el que llega a una superficie, rayo incidente, y
el que sale "rebotado" después de reflejarse, rayo reflejado.
Si se traza una recta perpendicular a
la superficie (que se denomina normal), el rayo incidente forma un ángulo con
dicha recta, que se llama ángulo de incidencia.
La reflexión de la luz presenta las siguientes dos leyes:
a. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal acontecen en un mismo plano perpendicular a la superficie reflectora.
b. El ángulo incidente, es igual al ánguloi reflejado.
3. La refracción de la luz: La refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio a otro en el que se propagan con distinta velocidad. Por ejemplo, al pasar del aire al agua, la luz se desvía, es decir, se refracta.
Las leyes fundamentales de la
refracción son:
- El rayo refractado, el incidente y
la normal se encuentran en un mismo plano.- El rayo refractado se acerca a la normal cuando pasa de un medio en el que se propaga a mayor velocidad a otro en el que se propaga a menor velocidad. Por el contrario, se aleja de la normal al pasar a un medio en el que se propaga a mayor velocidad.
La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio en el que pueda propagarse se denomina índice de refracción (n) de ese medio: n = c / v
2. ACTIVIDAD:
En grupo de cuatro estudiantes, diseñar un experimento en el cual se represente algunas de las características de la luz mencionadas en este marco teórico.
Dicho experimento deberá ser preparado y argumentado en el aula de clases a manera de laboratorio.
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