3.1.La reflexión total interna

Lo mas sorprendente de la refraccion es que,en algunos casos,aun cuando un rayo de luz que viaja por un medio incida sobre una superficie de otro medio transparente, no pasa a él; es decir, no se refracta. Lo que hace en este caso es reflejarse como en el mejor de los espejos.

Este fenómeno se denomina reflexión total interna y con seguridad lo has notado. Las siguientes figuras muestran algunos experimentos que ponen en evidencia este fenómeno.

Es importante comprender que esta reflexión total interna se produce solamente cuando el ángulo de incidencia supera cierto valor, conocido como ángulo límite, el cual depende de los medios.

Por ejemplo, cuando los medios son vidrio y aire, este ángulo es de unos 42º (dependiendo principalmente del tipo de vidrio), y cuando es agua y aire, es de unos 48º.

Debido a la gran calidad de la reflexión que se produce, este fenómeno tiene muchas aplicaciones técnicas: los prismáticos poseen juegos de prismas.

Sin embargo, la aplicación de mayor impacto es la fibra óptica. Ella se emplea hoy en día principalmente en comunicaciones, presentando grandes ventajas en esta materia.

Se trata de delgadísimos “conductores de luz” de solo unas centésimas de milímetro de diámetro y de centenares de metros de longitud.

Como lo ilustra la siguiente figura, la luz que ingresa por uno de los extremos de la fibra sale por el otro y no por sus paredes, pues en ellas se produce reflexión total interna.

3. Refracción en superficies planas

pasa a través del vidrio de una ventana, se produce una refracción en ambas caras del vidrio, primero cuando pasa del aire al vidrio y, después, cuando pasa del vidrio al aire.

La refracción generalmente va acompañada de un cambio en la rapidez de la luz y también de la dirección en que se propaga.

La figura ilustra,en una primera aproximacion, este fenomeno para el caso en que el limite de separación entre los medios es una superficie plana.

En relación a la Normal (recta perpendicular a esta superficie en el punto en que incide un rayo de luz), tiene sentido hablar de ángulo de incidencia y ángulo de refracción.

Esta es la razón por la cual un lápiz sumergido en un vaso con agua pareciera estar quebrado o el fondo de un recipiente con agua lo vemos más arriba de su posición real.

Es fácil constatar que la refracción va siempre acompañada de una reflexión. En efecto, debes haber notado que el vidrio de una ventana se comporta como un espejo si en la habitación en que te encuentras hay mucha luz y afuera está muy oscuro.

Si en estas condiciones aproximas un objeto, por ejemplo un dedo, a unos milímetros del vidrio y observas cuidadosamente, con seguridad verás dos o más imágenes de él.

Otro hecho curioso que se desprende del análisis de la figura anterior, es que cuando miramos a través del vidrio de una ventana, los objetos que vemos no están exactamente allí donde los vemos. Lo mismo ocurre con los astros.

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Tampoco su luz procede exactamente de donde parece venir, pues, como lo ilustra la siguiente figura, la luz de una estrella se refracta al ingresar a la atmósfera terrestre.

Ademas , como en la atmosfera hay turbulencias, la densidad del aire varia permanentemente,haciendo cambiar la dirección en que llegan los rayos de luz, con lo cual las estrellas parecen estar cambiando de posición. Este efecto se conoce como titilación.

2.2.Imágenes en espejos curvos

El tipo de espejo curvo mas importante es el parabolico.Esta es la forma que apreciamos en muchas antenas de radio, television y radiotelescopios, lo que es un hecho causal.

Los espejos parabolicos pueden ser concavos o convexos.En ellos hay que reconocer un eje de simetria o eje optico, un vertice V y un foco F, los cuales se ilustran en los esquemas de las siguientes figuras.

Si a estos espejos se envía un conjunto de rayos de luz paralelos al eje óptico, en el espejo cóncavo (figura a) se reflejan de modo que convergen a un punto, el cual corresponde a un foco real (F).

En el caso del espejo convexo (figura b), divergen como si procedieran de un punto que está detrás del espejo y por el cual no pasan los rayos de luz, razón por la cual se denomina foco virtual (F).

La distancia entre el vértice y el foco es la distancia focal y la designaremos f.

Las siguientes figuras ilustran el trazado de rayos que explica la formación de las imágenes en dos casos particulares. ¿Qué pasa con la imagen de la flecha si el objeto se aproxima al espejo?

2.1. Imagenes en espejos planos

Nos resulta muy natural ver imagenes en espejos planos , como cuandos nos peinamos frente a un espejo o miramos el reflejo de un paisaje de un lago. Pero ¿cómo se explica lo que vemos?, ¿qué caracteriza a esas imágenes? Cada vez que nos formulemos preguntas como estas, las respuestas las encontraremos en la ley de reflexión.

La siguiente figura ilustra cómo se forma en un espejo plano la imagen (I) de un objeto como nuestra nariz (O).

Este tipo de imagen se denomina VIRTUAL,en contrapossicion a las que denominaremos REALES por estar conformadas por luz, y son las que se forman, por ejemplo, en el papel diamante de la cámara oscura o en un telón al proyectar una diapositiva.

Otras características importantes de las imágenes que se producen en los espejos planos son:

a) la distancia ente el objeto O y el espejo es igual a la distancia entre la imagen I y el espejo;

b) el tamaño de la imagen es igual al tamaño del objeto; y

c) la posición de la imagen es derecha en relación con el objeto; es decir, si la cabeza de la persona está arriba, la cabeza de la imagen también está arriba. No obstante, si la persona cierra el ojo derecho ¿qué ojo cierra la imagen? Comprueba estos hechos.

2. La reflexión de la luz y los espejos

La luz se refleja prácticamente en todas las superficies a las que llega. Gracias a esta reflexión es que podemos ver la mayoría de las cosas que nos rodean: los árboles, las montañas, los muebles y las personas.

Sin embargo, no todos los objetos reflejan la luz de la misma forma. Algunos la reflejan más ordenadamente que otros. En la siguiente figura el caso (a) ilustra la reflexión especular y el (b) la reflexión difusa.

irregularidades. La superficie de los metales puede pulirse para que se comporten como espejos. En el caso de los espejos domésticos lo que opera como tal es una delgada película de plata.

Con un experimento como el que se ilustra en la siguiente figura es fácil verificar la ley de reflexión.

Ella se puede enunciar del siguiente modo:

Los angulos de incidencia y de reflexion , medidos en relacion con una recta perpendicular al espejo -normal-,son siempre iguales.

Es importante notar que esta ley tambien se cumple en la reflexion difusa.

1.Los fenómenos de luz y sombra

Solamente mirando el borde de un objeto, como el marco de una puerta o una regla, sabemos si éste se ajusta o no a una recta. ¿Por qué? Porque intuitivamente partimos del hecho de que la luz se propaga en línea recta. Otra evidencia de su propagación rectilínea surge del análisis de las sombras. Si un punto P emite luz, una esfera opaca Q producirá en una pantalla o telón una sombra circular, tal como se ilustra en la figura.

Por otra parte, una mitad de la esfera estará iluminada y la otra estará sumida en la oscuridad total. Si la fuente no es puntual, como se aprecia en la figura, veremos además una zona de penumbra.

Estos fenómenos de luz, sombra y penumbra son bastante habituales en la vida diaria, pero donde resultan espectaculares es en el ámbito astronómico, particularmente en el caso de los eclipses.

En efecto, el día y la noche, las fases de la Luna y los eclipses de Sol y de Luna son fenómenos de luz y sombra.

Las siguientes figuras ilustran estos fenómenos.

Otro hecho que pone en evidencia la propagación rectilínea de la luz es la cámara oscura.

Como es muy fácil de hacer, se recomienda que la construyas y realices algunas observaciones y experimentos con ella. Como se ilustra en la figura, basta una caja de cartón y un pedazo de papel diamante.

Bajo el mismo principio funcionan el ojo y la cámara fotográfica. Las principales partes del ojo humano se ilustran en la siguiente figura.

B-UNIDAD TEMATICA 2: PROPAGACION DE LA LUZ.

RAPIDEZ DE LA LUZ

Según las referencias históricas, quien primero intentó medir la rapidez de la luz fue Galileo Galilei (1564-1642) haciendo señales con una lámpara a otra persona situada a una distancia conocida. Si bien el método empleado por Galileo era correcto, no le fue posible determinarla.

El primero en medir esta rapidez, en 1675, fue el astrónomo danés el Olaf Römer (1644 – 1710) por medio de la observación de los satélites de Júpiter.

Ellos giran alrededor de este planeta demorando cierto tiempo en completar una órbita.

Cuando el planeta se encuentra más alejado de la Tierra, el movimiento de sus satélites parece retrasarse debido a que la luz que proviene de ellos demora más tiempo en recorrer una distancia mayor.

La precisión obtenida con este método no fue muy buena, pero tuvo el mérito de probar que la luz no se propagaba de forma instantánea.

En 1849, Hippolyte Fizeau (1819 – 1896) mide la velocidad de la luz dentro de un laboratorio. Su método consistió en interceptar un rayo de luz reflejado en un espejo con los dientes de una rueda giratoria.

El resultado de las mediciones indicaba que la luz tendría una rapidez de 313.274 km/s en el aire.

Años más tarde, en 1880, el físico estadounidense Albert Michelson (1852-1931) logra mayor exactitud con una técnica similar.

Su método consiste en hacer girar con la rapidez exacta un sistema de espejos en el que se refleja un rayo de luz. Hoy se define la rapidez de la luz, en el vacío, como 299.792.456 m/s y se la designa con la letra “c”. Para efectos de cálculo, emplearemos la aproximación c = 3 x 108 m/s.