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ÓPTICA - comportamiento dual de la luz, velocidad de la luz, fibras ópticas y aplicaciones



ÓPTICA
La óptica es la rama de la física que estudia la luz y los fenómenos que produce. La luz se propaga por medio de las ondas electromagnéticas en línea recta a una velocidad aproximada de 300 mil km/s en el vacio.
Para su estudio la óptica se puede dividir de la siguiente manera:
a) Óptica geométrica. Estudia fenómenos y elementos ópticos mediante el empleo de las líneas rectas y geométrica plana.
b) Óptica física. Estudia los fenómenos ópticos con base en la teoría del caracter ondulatorio de la luz.
c) Óptica electrónica. Trata los aspectos cuanticos de la luz.
La refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a la superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferente densidad.
Los espejos esféricos son casquetes de una espera hueca, los cuales reflejan los rayos luminosos cuando llegan a una superficie reflectora es la exterior.


Las lentes son cuerpos transparentes, limitados por dos superficies esféricas o por una esférica y una plana. Las lentes se utilizan a fin de desviar los rayos luminosos con base en las leyes de la refracción. Se dividen en convergentes y divergentes.
Los espejos y las lentes se utilizan para la fabricación de diferentes instrumentos ópticos de mucha utilidad, tales como, la camara fotografica, el proyector de transparencias, el microscopio o el telescopio, entre otros. El telescopio que es utilizadopara observar los astros, se remota a principios del siglo XVII.

Comportamiento dual de la luz
A fines del siglo XVIII existían dos teorías que trataban de explicar la naturaleza de la luz. Una era la teoría corpúsculos o partículas emitidas por cualquier cuerpo luminoso, dichas partículas al chocar con nuestra retina nos permiten ver las cosas al recibir la sensación luminosa. La otra teoría era la propuesta por el holandés Christian Huygens, quien opinaba: la luz es un fenómeno ondulatorio semejante al sonido, por eso su propagación es de la misma naturaleza que la de una onda.
Las dos teorías anteriores explicaban satisfactoriamente las tres características de la luz descubiertas hasta entonces:
1. Propagación rectilínea; es decir, la luz viaja en línea recta.
2. Reflexión; cuando la luz incide en una superficie lisa, los rayos luminosos son rechazados o reflejados en una sola dirección.
3. Refracción; desviación que sufre la luz al llegar a la superficie de separación entre dos sustancias de diferente densidad.
En 1801 se descubrió que la luz también presentaba el fenómeno de interferencia, se encontró que la luz también se difractaba, es decir, si una onda se encuentra un obstaculo en su camino, lo rodea o lo contornea.


A fines del siglo XIX se descubre e fenómeno fotoeléctrico, el cual consiste en la transformación de energía luminosa a energía eléctrica, cuando un rayo de luz de determinadafrecuencia incide sobre una paca metalica, este es capaz de arrancar de ella un haz de electrones generandose una corriente eléctrica.
Actualmente se considera que la luz tiene una naturaleza dual, porque algunas veces se comporta como onda y en otras como partícula. En conclusión, la luz es una energía radiante transportada a través de fotones y transmitida por un campo ondulatorio, por ello se requiere de la teoría corpuscular para analizar la interacción de la luz con la materia.

Óptica geométrica
La óptica geométrica se fundamenta en la teoría de los rayos de luz, la cual considera que cualquier objeto visible emite rayos rectos de luz en cada punto de él y en todas direcciones a su alrededor.

Propagación rectilínea de la luz.
La luz se propaga en línea recta a una velocidad de 300 km/s en el vacio. Un cuerpo opaco es aquel que no permite el paso de la luz a través de él, por tanto si recibe rayos luminosos proyectara una sombra definida. Un cuerpo transparente permite el paso de los rayos luminosos, por lo que se ve con claridad cualquier objeto colocado al otro lado de él. Un cuerpo traslúcido deja pasar la luz pero la difunde de tal manera que las cosas no pueden ser distinguidas claramente a través de ellos.

Velocidad de la luz.
La velocidad de la luz se puede medir con el aparato de Fizeau. Este aparato consiste en esencialmente de una fuente de luz F, una rueda dentada R y un espejo E.Métodos de Röemer y Michelson para determinar la velocidad de la luz.
El astrónomo danés Olaf Röemer fue el primero en calcular la velocidad de la luz en forma muy aproximada. En 1907, el físico estadounidense de origen polaco Alberto Michelson calculo exactamente la velocidad de la luz. Su método consistió en disponer ocho espejos planos para formar un prisma octagonal regular, el cual reflejaba la luz y giraba a velocidades angulares muy grandes, previamente determinadas.


En la figura vemos que un rayo luminoso muy intenso incide en e espejo plano numero uno, se refleja y llega al espejo esférico B hallado a una distancia aproximada de 35.4 km; nuevamente es reflejado, ahora por el espejo esférico y regresa para ser reflejado por el espejo plano numero tres. Finalmente, el rayo es observado mediante un anteojo. Para determinar la velocidad de la luz, los espejos planos deben girar 1/8 de vuelta mientras el rayo luminoso se mueve de A a B y regresa a C. conociendo la distancia que hay entre e punto A y B multiplicada por los dos, dividimos esa distancia en 1/8 del tiempo que tarda el prisma octagonal en dar una vuelta completa, con la cual se podra determinar el valor de la velocidad de la luz. Michelson la calculó en 299 705.5 km/s, cantidad aproximada a 300 mil km/s.

Intensidad luminosa y flujo luminoso.
La fotometría es la parte de la óptica cuyo objetivo es determinar las intensidades de lasfuentes luminosas y las iluminaciones de las superficies. A los cuerpos productores de luz, como el sol se les nombra cuerpos luminosos o fuentes de luz. A los cuerpos que reciben rayos luminosos, como es el caso de un arbol se les denomina cuerpos iluminados.
El flujo luminoso es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal (perpendicular) a los rayos de la luz. La unidad del flujo luminoso en el SI es el lumen (Iu). Un lumen es el flujo luminoso recibido durante un segundo por una superficie de 1 m2, limitada dentro de una esfera de una fuente con una intensidad luminosa de una candela.
Calcular la iluminación que produce una lampara eléctrica de 300 candelas a una distancia de 2.5 metros.

Iluminación y ley de la iluminación.
Una superficie esta iluminada cuando recibe una cierta cantidad de luz. La iluminación es la cantidad de la luz que reciben las superficies de los cuerpos, su unidad de medida es el lux (Ix). Un lux es la iluminación producida por una candela o una bujía decimal sobre una superficie de 1 m2 que se encuentra a un metro de distancia.






La equivalencia entre una potencia de un watt en un foco y la intensidad luminosa producida es aproximadamente igual a:


Por tanto un foco de 40 watts equivale a 44 candelas o bujías decimales; uno de 60 watts, a 66 cd o 66 bd. Ley de la iluminación o ley inversa del cuadrado es unaconsecuencia de la propagación en línea recta de la luz. Por tanto podemos enunciar dicha ley en los siguientes términos: la iluminación E que recibe una superficie es directamente proporcional a la intensidad de la fuente luminosa I, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d que existe entre la fuente y la superficie. Matematicamente se expresa:







La luz visible.
Las ondas electromagnéticas cuyas longitudes de onda estan entre estas dos se llaman luz visible o simplemente luz. Estas longitudes son muy pequeñas comparadas con las longitudes lineales de los objetos microscópicos. Las líneas rectas a lo largo de las cuales se propaga la luz en un medio homogéneo se llaman rayos de luz.

Leyes de la reflexión de la luz.
Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, esta se refleja total o parciamente en todas direcciones. Si la superficie es lisa como en un espejo, los rayos son reflejados o rechazados en una sola dirección.
Existen dos leyes de la reflexión propuestas por Descartes y son:
1. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentra en un mismo plano.
2. El angulo de reflexión es igual al angulo de incidencia.
Cuando estamos frente a un espejo plano nuestra imagen es derecha porque conserva la misma posición: es virtual porque se ve como si estuviera dentro del espejo y es simétrica porque aparentemente esta a la misma distancia de la delespejo. Para calcular el numero de las imagenes que se produciran en dos espejos planos angulares se usa la expresión:




Espejos esféricos.
Los espejos esféricos son casquetes de una esfera hueca, los cuales reflejan los rayos luminosos que inciden en ellos. Son cóncavos si la superficie reflectora es la interior: y convexos si la superficie reflectora es la exterior.
Cuando un objeto se coloca frente a un espejo esférico entre el foco y el centro de la curvatura la imagen que se obtiene de él sera: real y, por lo tanto, invertida; de mayor tamaño que el objetivo y se formara después del centro de curvatura. Si el cuerpo se coloca entre el foco y el vértice, la imagen virtual, porque se ve aparentemente dentro del espejo: derecha y de mayor tamaño que el objeto. Finalmente, si se le ubica con exactitud en el foco del espejo, no se obtendra ninguna imagen. Debido a las características de la imagen que se forma de un espejo esférico convexo, se utilizan en los espejos retrovisores de los autobuses y en las entradas y salidas de un estacionamiento, avenidas y viaductos muy transitados.


Reflexión espejos
Un rayo de luz incide sobre una superficie se refleja en parte. Si la superficie es opaca y esta muy bien pulida, no hay transmisión, sino solo reflexión. Esta superficie se llama entonces, espejo. La ley de reflexión es valida en este caso, como se infiere de mediciones experimentales. En estaecuación O, es el angulo de incidencia y O, el angulo de reflexión.

Supongamos que una fuente puntual O, que llamaremos el objeto, emite rayos de luz frente a un espejo plano. El objeto emite rayos en todas direcciones, por lo que en todos los puntos del espejo incidira un rayo. En cada punto en que indica un rayo, se reflejara de acuerdo con la ecuación.
Extendamos ahora los rayos reflejados hacia la parte posterior del espejo. Todas estas extensiones se interceptan en un punto I. Se dice que I es la imagen del objeto O.
Sea P un punto de incidencia arbitrario. Los triangulos ORP y RIP son iguales debido a que tienen un lado igual (RP) y los angulos adyacentes iguales. Por lo tanto, las distancias OR=s y RI=s1 son iguales. Es decir,

El signo negativo indica que la imagen esta detras del espejo. Distancias positivas nos indicaran que se esta enfrente del espejo.
Sin en lugar de una fuente puntual se coloca un objeto de dimensiones finitas frente a un espejo plano, cada punto de éste formara una imagen virtual. El conjunto de puntos de las imagenes forman la imagen del objeto. La imagen así obtenida también es virtual.
La imagen en un espejo plano difiere del objeto en que la derecha y la izquierda se intercambian. Si el lado interno es el reflector, el espejo se llama cóncavo y si el lado externo es el reflector, el espejo se llamaconvexo.
La línea recta que une el centro de la esfera con el punto R, que divide el arco PQ del espejo a la mitad, se llama eje del espejo.

Imagenes formadas por espejos esféricos.
El mejor método para comprender la formación de imagenes por medio de espejos a través de la óptica geométrica, o trazado de rayos. Cada uno de los rayos se ilustra, tanto para un espejo convergente, como para un espejo divergente.
RAYO 1. Un rayo paralelo al eje del espejo pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo o parece provenir del punto focal de un espejo convexo.
RAYO 2. Un rayo que pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo o que se dirige al punto focal de un espejo convexo se refleja paralelamente al eje del espejo.
RAYO 3. Un rayo que avanza a lo largo de un radio del espejo es reflejado a lo largo de su trayectoria origina.
Aberración esférica
Cuando se usen espejos grandes, algunos de los rayos que provienen de los objetos inciden cerca de los bordes externos y son enfocados a diferentes puntos sobre el eje. Este defecto de enfoque se conoce como aberración esférica. Un espejo parabólico no presenta ese defecto. Teóricamente los rayos luminosos paralelos que inciden en un reflector parabólico se enfocaran hacia un solo punto sobre el eje del espejo. Una pequeña fuente de luz ubicada en el punto focal de un reflector parabólico es el principio usado en muchos proyectores y faros buscadores. El hazemitido por un dispositivo así es paralelo al eje de reflector.

Amplificación
Las imagenes formadas por los espejos esféricos pueden ser mayores, menores o iguales en tamaño que los objetos reflejados en ellos. La razón del tamaño de la imagen al tamaño del objeto es la amplificación M del espejo.


Ejemplo:
Una fuente de luz de 6 cm de altura se coloca a 60 cm de un espejo cóncavo cuya longitud focal es 20 cm. Determine la ubicación, la naturaleza y el tamaño de la imagen.
Solución.
Primero determinamos la distancia a la imagen q, en la siguiente forma:





Puesto que q es positiva, la imagen es real. El tamaño de la imagen se obtiene de la ecuación





El signo negativo indica que la imagen esta invertida. Observe que la amplificación es de -12.


Leyes de la refracción
La luz se propaga en línea recta a velocidad constante en un medio uniforme. Si cambia el medio, la velocidad también cambiara y la luz viajara en línea recta a lo largo de una nueva trayectoria. La desviación de un rayo de luz cuando pasa oblicuamente de un medio a otro se conoce como refracción.

Índice de refracción
El índice de refracción n de un material particular es la razón de la velocidad de la luz en el espacio libre con respecto a la velocidad de la luz a través del material.
Primera ley: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran siempre en el mismo plano.Segunda ley: para cada par de sustancias transparentes, la relación entre el seno del angulo de refracción, tiene un valor constante que recibe el nombre de índice de refracción n. matematicamente esta ley se expresa:

El índice de refracción también puede calcularse con el cociente de las velocidades del primero y segundo medios, por lo que:






La velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil km/s. mientras que en el aire es de 299 030 km/s.
Dispersión es la separación de la luz en las longitudes de onda que la componen, la proyección de un haz disperso se conoce como espectro.

Fibras ópticas y aplicaciones
La aplicación de las fibras ópticas en comunicaciones ha dado por resultado una explosión en la información. La fibra óptica tiene un ancho de banda mayor que el alambre de cobre, lo que significa que se puede transmitir mas información durante un periodo de tiempo fijo. Este incremento en la capacidad de transportar información proporciona nuevas e importantes posibilidades, incluyendo la televisión interactiva y selecciones de canal por cable, entre miles de aplicaciones.
El angulo cítrico θc es el angulo de incidencia límite en un medio mas denso, que da por resultado un angulo de refracción de 90°.
Foco de un espejo
Un caso importante es en el que los rayos incidentes son paralelos al eje del espejo. Esto ocurre cuando la fuente esta a distancias muy grandes comparadas con lasdimensiones del espejo. El punto F donde los rayos paralelos forman una imagen se llama foco del espejo.
Ejemplo. ¿A qué distancia se forman las imagenes de dos objetos colocados a 60 cm y a 5 cm de un espejo esférico cóncavo de distancia focal 15 cm?

La imagen formada en un espejo convexo es siempre virtual, independientemente de la posición del objeto.
Profundidad aparente
La refracción es la causa de que un objeto sumergido en un líquido de mayor índice de refracción nos parezca mas cercano a la superficie de lo que realmente esta. La profundidad aparente se representa por q, y la profundidad real se simboliza por p. Aplicando la ley de Snell a la superficie se obtiene

Ejemplo:
A luz pasa del agua al aire con un angulo de incidencia de 35°. ¿Cual sera el angulo de refracción si el índice de refracción del agua es 1.33?
Solución
El angulo θa se puede determinar por la ley de Snell.


El índice de refracción decreció de 1.33 a 1.0 y, por lo tanto, e angulo aumentó.
Las lentes y sus características.
Las lentes son cuerpos transparentes limitados por dos superficies esféricas o por una esférica y una plana.
Las lentes convergentes son aquellas cuyo espesor va disminuyendo del centro hacia los bordes, razón por la cual su centro es mas grueso que sus orillas. Tiene la propiedad de desviar los rayos hacia el eje y hacerlos converger en un punto llamado foco.
En las lentes divergentesel espesor disminuye de los bordes hacia el centro, por lo que los extremos son mas gruesos y desvían los rayos hacia el exterior, alejandolos del eje óptico de la lente.
En las lentes convergentes, cualquier rayo luminoso que pase en forma paralela a su eje principal, al refractarse se separara como si procediera de un foco.

Ejemplo
Un objeto se coloca a una distancia de 8 cm de una lente convergente cuya distancia focal es de 14 cm. Determinar a que distancia de a lente se forma la imagen.








Refracción de lentes
Una onda luminosa al pasar de un medio a otro experimenta un cambio en la dirección de propagación. Es decir, ocurre el fenómeno de refracción. Por ejemplo si se tiene una fuente de luz en un punto O dentro de un estanque de agua, vera la luz encendida como si viniera de un punto I en otra dimensión.
Si la distancia focal esta en metros, la unida de la potencia se llama dioptría.
La camara fotografía. Este es el dispositivo consiste esencialmente de una lente que forma imagenes reales y de una pantalla sobre la que se forman dichas imagenes. La imagen sobre la pantalla queda invertida. La pantalla es una película sensible a la luz. Una vez formada la imagen sobre la película, queda impresa en ella. Después del proceso de revelado se obtiene la fotografía del objeto.

Longitud focal y la ecuación del fabricante de lentes
Una lente se considera “delgada” si suespesor es pequeño comparado con sus otras dimensiones. Se considera la longitud focal f de una lente como la distancia de centro óptico de la lente a cualquiera de sus focos.
Puesto que los rayos de luz son reversibles, una fuente de luz que se coloque en cualquier foco de la lente convergente da por resultado un haz de luz paralelo.

El ojo humano
El ojo humano es un órgano que reacciona con la luz visible, dando la sensación de visión. El ojo consiste esencialmente de una lente cristalina o simplemente cristalino que refracta la luz incidente. La forma del cristalino puede cambiar, lo que e permite acomodarse visualmente a objetos cercanos y lejanos. Esto es, le permite crear las imagenes reales tanto de los objetos cercanos como lejanos, precisamente sobre la retina. La imagen creada esta invertida.

Lente de aumento
La maxima imagen que puede lograr el ojo de un objeto es cuando éste se coloca a la distancia mínima. Supongamos ahora que una lente convergente de distancia focal menor que 25 cm se coloca delante del ojo, y un objeto a una distancia de la lente menor que la focal.
En este caso, la imagen formada por la lente es virtual, no invertida y de mayor tamaño que el objeto. La imagen se puede encontrar a una distancia de 25 cm del ojo, dependiendo de la posición del objeto. Se coloca e objeto de tal forma que esto ocurra. Esta imagen virtual sirve ahora de objeto cristalino. El objetivo virtualque ahora tiene el cristalino es mayor que el objeto y esta a 25 cm del ojo.

El microscopio es el dispositivo consistente de dos lentes convergentes: el objetivo y el ocular. El objeto se coloca un poco separado del foco F1 del objetivo, con lo que se forma la imagen real 1. La distancia ene las dos lentes se ajustan para que la imagen 1 se forme a una distancia focal.
El telescopio. El sistema óptico de un telescopio de refracción es fundamentalmente el msmo que el del microscopio. Ambos instrumentos emplean un ocular para ampliar la imagen producida por el objetivo, pero un telescopio se usa para examinar objetos grandes y distantes.

Aberraciones de las lentes
La aberración es un defecto de las lentes por el cual los rayos de los extremos se enfocan mas cerca de la lente que los rayos que entran cercanos al centro óptico de la lente.
Aberración cromatica es un defecto de una lente que indica su incapacidad para enfocar luz de diferentes colores en e mismo punto.

La ecuación de las lentes y el aumento
Las características, el tamaño y la localización de las imagenes pueden también determinarse analíticamente a partir de la ecuación de las lentes.
La ecuación de las lentes puede escribirse

Ejemplo:
Una lente menisco divergente tiene una longitud focal de – 16 cm. Si la lente se sostiene a 10 cm del objeto, ¿Dónde se localiza imagen? ¿ cual es el aumento de la lente?
Solución
Porsustitución directa



El signo menos de nuevo indica que la imagen es virtual. El aumento es

El aumento positivo significa que la imagen es no invertida.

Combinación de lentes
Cuando la luz pasa por dos o mas lentes, puede determinarse la acción combinada si se considera la imagen formada por la primera lente como el objeto de la segunda, y así sucesivamente.

Interferencia, difracción y polarización

La óptica física estudia los fenómenos ópticos con base en la teoría del caracter ondulatorio de la luz.

Interferencia y anillos de Newton.
La interferencia se produce cuando se superpone en forma simultanea dos o mas trenes de onda. Este fenómeno es una prueba contundente para comprobar si un movimiento es ondulatorio o no.
Los anillos de Newton se forman al reflejarse la luz en una lente de superficie curva y en una plana, como el de una placa de vidrio. Cuando se hace reflejar la luz de una pared blanca en la lente y la placa de vidrio, en el punto donde éstos hacen contacto, se forma un punto obscuro y alrededor de él se veran en la lente curva una serie de anillos oscuros y brillantes.
La formación de anillos se puede explicar considerando que la luz se propaga como una onda. Al pasar un rayo de luz a través de la lente, parte de él se refleja en ella y otra parte lo refleja la superficie de la placa de vidrio.









Experimentos de Young: interferencia
Cuandodos o mas ondas existen simultaneamente en un mismo medio, la amplitud resultante en cualquier punto es la suma de las amplitudes de las ondas compuestas en dicho punto.
Se dice que dos ondas interfieren constructivamente cuando la amplitud de la onda resultante es mayor que las amplitudes de cualquiera de las ondas componentes. Cuando la amplitud resultante es menor, se produce una interferencia destructiva.
Ejemplo:
En el experimento de Young, las dos ranuras estan separadas 0.04 mm, y la pantalla se encuentra alejada 2 m de las ranuras. La tercera franja es clara a partir del centro esta desplazada 8.3 cm de la franja central. (a) determine la longitud de onda de la luz incidente. (b) ¿Dónde aparecera la segunda franja?
Solución (a).
Para la tercer franja clara n=3 por lo tanto:

λ

λ




Difracción.
Newton consideraba que si la luz estuviera realmente formada por ondas, la sombra proyectada por un cuerpo debería ser muy ser muy pequeña, o bien, ni siquiera existiría en algunos casos. E pensaba que la difracción en las orillas de los cuerpos debería ser mucho mayor de lo que se podía ver. Sin embargo, nunca se imagino que la longitud de las ondas luminosas es demasiado pequeña y, por lo tanto, debió utilizar aberturas mínimas para observarla. La primera observación sobre la difracción de la luz fue hecha en 1801 por el físico y medico ingles Thomas Young. A manifestación dela difracción generalmente tiene como consecuencia el fenómeno de interferencia.
La difracción se logra cuando la luz pasa a través de aberturas extremadamente pequeñas.
Cuando las ondas luminosas pasan a través de una abertura o por el borde de un obstaculo, siempre se flexionan en cierta medida hacia la región que no esta directamente expuesta a la fuente de luz. Este fenómeno se llama difracción.

Polarización de la luz
Otro fenómeno que comprueba la naturaleza ondulatoria de la luz es el fenómeno de la polarización. Cuando un movimiento ondulatorio es longitudinal, las partículas vibran en l misma dirección de propagación de la onda; tal es el caso del sonido. Pero si el movimiento ondulatorio es transversal, las partículas vibran perpendicularmente en cualquiera de las direcciones de propagación de la onda. Si se logra que odas las partículas vibren en una misma dirección, se die que el movimiento ondulatorio transversal esta polarizado.

Física óptica
Efecto Doppler
El efecto Doppler se presenta en fenómenos luminosos cuando hay movimiento relativo entre la fuente y el observador.
Ejemplo 1. Un objeto se separa de la tierra con velocidad de 3x 104 km/seg y emite una luz verde con longitud de onda de 5400 x 10-8 cm.
¿Qué color registrara un observador en la tierra?
La frecuencia emitida es



El color correspondiente a esta longitud de onda es naranja. En otras palabras, el observadorregistra un color mas cercano al rojo. Se dice entonces que hubo un corrimiento al rojo. El fenómeno de corrimiento hacia el rojo ocurre cuando la fuente y el observador se separan. Si estos se acercan, la frecuencia registrada aumenta, con lo que ocurre un corrimiento hacia e azul.

Espectro electromagnético
La longitud de onda λ de la radiación electromagnético conocido como región visible comprende de 0.00004 a 0.00007 cm.
Debido a las pequeñas longitudes de oda de la radiación luminosa, es mas conveniente definir unidades de medida menores. La unidad del SI es el manómetro (nm).
Un manómetro (1 mn) se define como la millonésima parte de un metro.
La región visible del espectro electromagnético se extiende desde 400 nm para la luz violeta hasta aproximadamente 700 nm para la luz roja. Otras unidades antiguas son el mili micrón, que es igual al nanómetro, y el angstrom, que es igual a 0.01 nm.
El primer decubrimiento de la radiación con longitudes de onda mayores que las correspondientes a la luz roja fueron descubiertas por William Herschel en 1800. Estas ondas actualmente se conocen como ondas ultravioletas, se descubrieron por su relación con el efecto que tiene sobre ciertas reacciones químicas.
Propiedades electromagnéticas de la luz y espectro electromagnético.
Cuando un electrón se encuentra en movimiento, produce efectos que son en parte eléctricos y en parte magnéticos. La fuente vibranteque produce una onda de radio en una antena trasmisora esta constituida por electrones que oscilan de un lado a otro en un tiempo muy breve.
Maxwell calculó la velocidad de la propagación de las ondas electromagnéticas en el vacio. Mediante la ecuación:

Al sustituir estos datos en su ecuación, Maxwell encontró un valor de 300 mil km/s para la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas. Valor igual a la propagación de la luz. Esto le permitió proponer que la luz esta formada por ondas electromagnéticas, las cuales se pueden propagar aun en el vacio sin necesidad de un medio natural.

Ondas de radio.
Las ondas de radio se crean por electrones que oscilan en una antena y se utilizan para transmitir señales a grandes distancias. Son las de menor frecuencia y se producen por electrones acelerados en la antena transmisora. La frecuencia de las ondas de radio varía considerablemente de una estación emisora a otra. Según los diferentes tipos de telecomunicaciones, se ha establecido internacionalmente un espectro radioeléctrico divido en bandas de frecuencia reservadas.

Rayos X
Los rayos X se generan cuando un haz de electrones que viaja a gran velocidad al alto vacio, es frenado bruscamente al chocar con un obstaculo. La perdida energética de éstos se convierten en la energía de los rayos X. estos rayos por ser penetrantes se utilizan para las radiografías de huesos y órganos internos. Tambiénse emplea para destruir células cancerosas.

Luz ultravioleta
La luz ultravioleta recibe también el nombre de luz negra porque no la advierte el ojo humano. Solo algunos insectos son capaces de distinguirla. Dichas radiaciones emitidas por el sol, pueden causar que maduras en la pie sin necesidad de calentarla.

Rayos de luz y de sombra
Una de las primeras propiedades de la luz que se estudiaron fue la propagacion rectilínea y la formación de sombras. La formación de sombras nítidas se aprovecha en un reloj solar para medir el tiempo. Una fuente puntual es aquella cuyas dimensiones son pequeñas en comparación con las distancias estudiadas. Una línea recta imaginaria trazada perpendicularmente a los frentes de la onda en la dirección de los frentes de onda en movimiento se llama rayo. La luz que no es absorbida cuando golpea un objeto, es reflejada o transmitida. Si toda la luz incide sobre un objeto
Ejemplo:
La longitud de onda de la luz amarilla de una llama de sodio es de 589 nm. Calcule su frecuencia.
Solución
La frecuencia se calcula a partir de la ecuación:

La teoría cuantica
En 1887, Hertz observó que una chispa eléctrica podía saltar mas facilmente entre dos esferas cargadas cuando sus superficies estaban iluminadas por la luz que provenía de otra chispa. Este fenómeno, conocido como efecto fotoeléctrico, se demostró un haz de luz que incide sobre la superficie metalica A en un tubo alvacio. Los electrones emitidos por la luz son enviados al colector B por medio de baterías externas.
En un esfuerzo por lograr observaciones experimentales que apoyaran la teoría, Max Planck, un físico aleman, publicó su hipótesis cuantica en 1901. El encontró que los problemas con la teoría dela radiación se basaban en la suposición de que la energía radiaba en forma continua. Se postulo que la energía electromagnética se absorbía o admitía en paquetes discretos, o cuantos. El contenido de energía de estos cuantos, o fotones como fueron llamados, es proporcional a la frecuencia de la radiación. La ecuación de Planck se puede describir como:

En 1905, Einstein amplió la idea propuesta por Plank y postuló que la energía en un haz de luz no se difunde en forma continua a través del espacio. Al suponer que la energía luminosa se concentra en pequeños paquetes (fotones) cuyo contenido de energía esta dado por la ecuación de Plank, Einstein fue capaz de predecir el efecto fotoeléctrico matematicamente. Por fin, la teoría se reconcilió con la observación experimental.
El origen de los fotones de luz no se comprendió sino hasta que Niels Bohr en 1913 propuso un modelo para el atomo basandose en ideas cuanticas. Bohr postuló que los electrones se pueden mover alrededor del núcleo de un atomo únicamente en ciertas orbitas o niveles de energía discretos. Se dijo que los electrones estaban cuantizados.





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