luz, reflexion y espejos

Luz

Hay 3 principales características  de la luz:

·         Propagación rectilínea: la luz viaja en línea directa

·         Reflexión: cuando a luz incide sobre la superficie lisa, aquella retorna al medio original.

·         Refracción: la trayectoria de la luz cambia cuando entra en un medio transparente.

De acuerdo a la teoría corpuscular, se consideraba que partículas muy pequeñas de  masa despreciable eran emitidas por fuentes de luz como el sol o una llama. Dichas partículas viajan hacia afuera de la fuente en líneas rectas y gran velocidad. Cuando las partículas entraban al ojo se estimulaba el sentido de la visión. La propagación rectilínea se explicaba fácilmente en términos de partículas. De hecho, uno de los argumentos más fuertes que apoyaban la teoría corpuscular se basa en esta propiedad. Se pensaba que las partículas producían sombras con contornos bien definidos. Imagen d ondas y luz

Las sombras nítidas que forman los rayos de la luz sugirieron a newton que la luz debiera estar constituida por partículas. Huygens, por su parte, explico que la deflexión de ondas de agua y de las sonoras alrededor de obstáculos, se notaban fácilmente debido a las largas longitudes de onda. El pensó que si la luz fuera una onda con una longitud de onda muy corta, entonces aquella aparecería como una sombra bien definida debido a que la deflexión sería muy pequeña.

También era difícil explicar porque las partículas, viajando en líneas rectas en muchas direcciones, podían cruzarse entre sí sin efecto alguno.  Huygens expreso:

“si, además, centramos nuestra atención, y apreciamos la velocidad extraordinaria con que la luz se dispersa en todas las direcciones teniendo en cuenta el hecho de que ella proviene desde muy diferentes y opuestas direcciones, y que los rayos se interpenetran sin obstruirse entre sí , entonces podemos comprender que cuando vemos un objeto luminoso no puede deberse a la transmisión de materia, que nos alcanza desde el objeto como por ejemplo un proyectil o una flecha que vuela atravez del aire”.

Su argumento lo baso en un principio simple que todavía resultaba útil para describir la propagación de la luz. Supóngase que se deja caer una piedra en una alberca de agua tranquila. Se origina una perturbación que se mueve alejándose del punto de impacto como una serie de ondas concéntricas., en el proceso continua aun después de que la piedra a llegado al fondo de la alberca.

“cualquier punto de onda de un frente de onda que avanza puede considerarse como una fuente de ondas secundarias llamadas pequeñas olas. La nueva posición de frente de onda vuelve a las pequeñas ondas emitidas desde todos los puntos del frente de onda en su posición previa”.

Flujo luminoso

Es aquella fracción de la potencia radiante total emitida por una fuente de luz capaz de afectar el ojo.

En una lámpara común de luz incandescente solo alrededor del 10% de la energía radiante es flujo luminoso. La mayor parte de la potencia radiante no es luminosa el ojo humano no es igualmente sensible a todos los colores,  es decir, una misma potencia radiante de diferentes longitudes de onda no se produce de igual brillo. Para longitudes de ondas mayores y menores la sensibilidad cae rápidamente. Lo que realmente se requiere es una unidad que mida el brillo. Tal unidad es el lumen y se expresa
(lm), se determina por comparación con una fuente estándar. Para determinar la definición del lumen en términos de la fuente tipo, primero debe desarrollarse el concepto de ángulo solido en estereorradianes (sr) se define en la misma forma que un ángulo plano en radianes.

   Rad

Donde: S= es la longitud del arco,  R= es el radio similante se define el ángulo sólido  , que no es otra cosa que la abertura del extremo de un cono obtenido por un segmento del área de la superficie esférica.

Un estereorradián es el ángulo solido obtenido en el centro de una esfera por un área A sobre la superficie que es igual al cuadrado de su radio R.

Ω =  sr

                           

Reflexión

Cuando incide la luz sobre la frontera entre 2 medios, como aire y vidrio, puede suceder una o mas de 3 cosas, parte de la luz incidente sobre la superficie de vidrio se refleja y otra parte pasa por el vidrio. La luz que penetra en el vidrio se absorbe y se transmite parcialmente. La luz que se transmite suele sufrir un cambio de dirección llamado refracción. La reflexión de una luz obedece a la misma ley general de la mecánica que gobierna a otros fenómenos de rebote, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Existen 2 leyes básicas de reflexión:

1.- el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

2.- el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie se encuentran en un mismo plano.

                                     

Espejos

Espejos planos una superficie muy bien pulida en la que se forma imágenes por reflexión especular de la luz se llama espejo.  Cuando se ve la luz reflejada a un cierto ángulo del espejo, puede deducirse una cosa similar; es decir que la distancia de la imagen P es igual que la distancia al objeto Q. esto es cierto puesto que le ángulo    es igual que el ángulo  .   Para un espejo plano, la distancia del espejo al objeto es siempre de igual magnitud que la distancia a la imagen del mismo. 

P=q

Imagen virtual; es aquella que parece formarse por luz proveniente de la imagen, aunque en realidad los rayos de luz no pasan por ella.

Imagen real; se forma por rayos de luz verdaderos que pasan por ella. Las imágenes reales pueden proyectarse sobre una pantalla.

Puesto que las imágenes virtuales no se forman por rayos reales de luz, no pueden proyectarse sobre una pantalla. El ojo es el uso del principio de refracción para hacer convertir la luz reflejada que parece provenir de la imagen virtual. Asi pues una imagen real se realiza sobre la retina del ojo. Esta imagen que se forma por rayos reales de luz reflejados, es interpretada por  el cerebro como si se hubiera originado en un punto detrás del espejo. El cerebro está condicionado a la propagación rectilínea de la luz, y se confunde cuando de alguna manera se produce un cambio en las direcciones.

Espejos esféricos

El mismo método geométrico aplicado para la reflexión de la luz en un espejo plano puede aplicarse a un espejo curvo. Todavía el ángulo de incidencia es igual que el ángulo de reflexión, pero la normal a la superficie cambia en cada punto a lo largo de la misma. El resultado es una relación compleja entre el objeto y su imagen. La mayor parte de los espejos curvos utilizados en la práctica son esféricos. Un espejo esférico es aquel que puede imaginarse como una porción de una esfera reflectante.

F=

La longitud focal de un espejo cóncavo es igual a la mitad de su radio de curvatura R.