MARCO TEORICO PROPAGACION DE LA LUZ

TEORIAS SOBRE LA NATURALEZA DE LA LUZ

 

Los antiguos filósofos ya conocían algunos hechos sobre la propagación de la luz. Así se atribuye a Euclides el descubrimiento de las leyes de la reflexión de la luz (300 ane) Es a mediados del XVII cuando aparecen casi conjuntamente dos teorías acerca de la naturaleza de la luz. Teoría CORPUSCULAR (1666) y teoría ONDULATORIA (1678)

 

TEORIA CORPUSCULAR: Supone que la luz está compuesta por una serie de corpúsculos o partículas emitidos por los manantiales luminosos, los cuales se propagan en línea recta y que pueden atravesar medios transparentes, y pueden ser reflejados por materias opacas. Esta teoría explica: La propagación rectilínea de la luz, la refracción y reflexión. Esta teoría no explica: Anillos de Newton (Irisaciones en las láminas delgadas de los vidrios) Este fenómeno lo explica la teoría ondulatoria y lo veremos más adelante. Tampoco explica los fenómenos de interferencia y difracción.

TEORIA ONDULATORIA: Esta teoría explica las leyes de la reflexión y la refracción, define la luz como un movimiento ondulatorio del mismo tipo que el sonido. Como las ondas se trasmiten en el vacío, supone que las ondas luminosas necesitan para propagarse un medio ideal, el ETER, presente tanto en el vacío como en los cuerpos materiales.
Esta teoría tiene una dificultad fundamental que es precisamente la hipótesis del éter. Tenemos que equiparar las vibraciones luminosas a las vibraciones elásticas transversales de los sólidos, y no transmitiendo por tanto vibraciones longitudinales. Existe, pues, una contradicción en la naturaleza del éter, ya que por un lado debe ser un sólido incompresible y por otro no debe oponer resistencia al movimiento de los cuerpos. (Nota: Las ondas transversales solo se propagan en medios sólidos)
Esta teoría no fue aceptada debido al gran prestigio de Newton. Tuvo que pasar más de un siglo para que se tomara nuevamente en consideración la "Teoría Ondulatoria". Los experimentos de Young (1801) sobre fenómenos de interferencias luminosas, y los de Fresnel sobre difracción fueron decisivos para que se tomaran en consideración los estudios de Huygens y para la explicación de la teoría ondulatoria.
Fue también Fresnel (1815) quien explicó el fenómeno de la polarización transformando el movimiento ondulatorio longitudinal, supuesto por Huygens, en transversal. Existe, sin embargo, una objeción a esta teoría, puesto que en el éter no se puede propagar la luz por medio de ondas transversales, ya que éstas solo se propagan en medios sólidos.

TEORIA ELECTROMAGNETICA (MAXWELL 1865)

Descubre que la perturbación del campo electromagnético puede propagarse en el espacio a una velocidad que coincide con la de la luz en el vacío, equiparando por tanto las ondas electromagnéticas con las ondas luminosas.
Veinte años después Hertz comprueba que las ondas hertzianas de origen electromagnético tienen las mismas propiedades que las ondas luminosas, estableciendo definitivamente la identidad de ambos fenómenos. Objeciones a ésta teoría:

No se da explicación a:

Fenómenos por absorción o emisión.

Fenómenos fotoeléctricos.

Emisión de luz por cuerpos incandescentes.

Y por lo tanto es necesario volver a la teoría corpuscular, como hizo Planck en 1900.

LA LUZ SE PROPAGA EN LÍNEA RECTA.

Aunque hoy sabemos que la materia curva la luz, el concepto de rayo y su forma de propagarse dio lugar al nacimiento de la óptica.

La idea fundamental sobre la que se construye la óptica geométrica es la de que los rayos de luz viajan en línea recta y la demostración más evidente de que viaja en línea recta son las sombras.

En el camino que sigue la luz se pueden interponer obstáculos pero también agujeros (un lugar por donde puede colarse). Son los bordes de los agujeros y de los obstáculos los que dan lugar a curiosos fenómenos. ¿Te suena la palabra difracción?

Los obstáculos al paso de la luz originan sombras

Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a continuación una pantalla, sobre ella recogeremos su sombra.

Si el tamaño del foco es pequeño comparado con el del objeto  (y esto sólo depende de las posiciones relativas, de lo alejados que estén el uno del otro) se produce sólo sombra.

Si el tamaño del foco es grande comparado con el del objeto  (recuerda que esto sólo depende de las posiciones relativas, de lo alejados que estén uno del otro) se produce sombra y penumbra.

Si el foco de luz está muy alejado, desde el obstáculo el foco se ve como si fuera un punto de luz. Los rayos surgen radialmente de cada punto del foco.

En los casos anteriores no se menciona la distancia entre la pantalla y el objeto. ¿Cómo crees que influye esta distancia en el tipo de sombra? 

Un agujero en el obstáculo

Si en el camino de la luz interponemos un obstáculo con agujeros (huecos) obtenemos sobre una pantalla algo así como los "negativos" de las sombras (el término "negativo" es el mismo que se usa en fotografía de "negativo fotográfico"):

Los agujeros pueden ser grandes, medianos y pequeños y de distintas formas. Para tener una idea más precisa del tamaño que queremos indicar con estas palabras debemos referirlas a algo conocido:

grande como una moneda, mediano como el agujero hecho por un alfiler y muy pequeño del orden de la longitud de onda de la luz.  

El tamaño de los agujeros va influir en los fenómenos observados.

1.- Agujeros grandes

Te propongo esta actividad:

Haz en una cartulina agujeros de distintos formas (estrellas, rombos, círculos, cuadrados, formas irregulares...) y tamaños (desde el de una moneda, o un poco mayor, hasta el hecho por una aguja).

Coloca la cartulina en la que hiciste los agujeros frente a una fuente de luz y cerca de una pared blanca o de una pantalla.

Realiza estas experiencias con un proyector de diapositivas o con un flexo halógeno.

La cartulina provoca una gran sombra pero dentro de ella, los agujeros recortados dejan pasar la luz y dentro de la sombra producida por la cartulina se ven formas geométricas de luz.

-Coloca la cartulina paralela a la pared, gírala y observa que pasa. ¿Qué forma adoptan las figuras luminosas que producen los agujeros al girar la cartulina? Esas figuras luminosas son los "negativos" de los agujeros.

¿Puedes explicar sus formas y su tamaño suponiendo que la luz viaja en línea recta?.

- ¿Se conservan las formas de las figuras luminosas de los agujeros al alejar la cartulina de la pared? ¿En algún momento se vuelven totalmente difusas?

2.- Agujeros medianos

Coloca un agujero más pequeño que los anteriores frente al proyector o al flexo con una bombilla halógena y observa la forma que se ve en la pantalla. Ahora ya no ves un agujero. ¿Se produce una imagen alargada?

Coloca dos agujeros pequeños próximos y observa lo que pasa. 

 Algo le hace el agujero mediano a la luz para que esta ya no reproduzca la forma del agujero y para que en su lugar aparezca sobre la pantalla la imagen de la fuente de luz que la produce.

Lo que hace el agujero es tomar la imagen del foco de luz y proyectarla sobre la cartulina.

De cada punto del objeto salen infinitos rayos en todas las direcciones y mucho de ellos llegan al agujero.

Los agujeros medianos al limitar la entrada de rayos a través de ellos, hacen que se vean separados en la imagen los distintos puntos del objeto, cosa que no pueden hacer los agujeros grandes.

El agujero pequeño produce imágenes separadas de cada punto, pero un poco difusas: la imagen de A se da en toda la zona A' y la punta de flecha se ve en un una zona no puntual. Esto difumina un poco la imagen:

Un punto objeto da un punto imagen un poco más grueso y difuso.

Por lo tanto vemos que los agujeros medianos transmiten información de la fuente y no dan información de sí mismos.

Partiendo de la imagen anterior piensa qué ocurre si el agujero va aumentando de tamaño. ¿Se superponen las zonas A' y B'? Piensa que ocurrirá si en lugar de esos dos puntos del objeto son muchos puntos del objeto los que emiten.

Recuerda: Los agujeros grandes producen una información borrosa de los puntos. Los puntos del objeto dan manchas de luz, producen imágenes de un punto solapadas sobre la de otros. Esta imagen te lo puede aclarar:

La imagen de la parte del extremo de la punta roja (A) se superpone con la imagen del extremo de color azul (B). La información queda desdibujada (la imagen no será clara) y se transmite sólo la forma del agujero, una mancha de luz con la forma del agujero. 

Los agujeros medianos empezaron a utilizarse para obtener las imágenes en la cámara oscura que fue la precursora de la máquina fotográfica. 

¿Actúan los agujeros medianos como "lentes" de aumento?.

Los agujeros medianos también se pueden utilizar para aumentar un objeto y verlo mejor. ¿Quieres hacer una prueba?. Haz un agujero con una punta de alfiler en una cartulina. Acerca al ojo un texto con letra pequeña hasta que no lo veas con claridad (a menos de 15 cm, más cerca de tu punto próximo). Sin separar el texto coloca entre él y tu ojo (más cerca de éste que del texto) la cartulina con el agujero verás como ahora puedes léelo. El agujero ha funcionado como una lupa.

¿Cómo es posible que ocurra esto? 

Otro ejemplo. Acércate al monitor hasta ver el texto borroso e intenta, sin moverte, mejorar tu visión cerrando casi totalmente los ojos. También la puedes mejorar mirando a través de un agujero pequeño colocado delante de tus ojos. Puedes hacer un agujero pequeño cerrando el puño sin apretar muy fuerte, verás que puedes mirar por el interior del puño cerrado.

Pulsa aquí para aprender más sobre este tema  y para saber cómo "miraba" el personaje de la novela de Javier María "Mientras ellas duermen".

En esta página podrás aprender mucho sobre la física de los agujeros y como hacer interesantísimas  prácticas caseras para observar fenómenos cotidianos en los que no habías pensado.

3.- Agujeros pequeños.

Mirando a través de agujeros muy pequeños aparecen los fenómenos de difracción pero su explicación no pertenece a la Óptica geométrica.

Con las experiencias de difracción se demuestra que la luz se tuerce al atravesar agujeros pequeños y no viaja en línea recta al atravesarlos.

Terminamos esta página negando lo que habíamos demostrado con las sombras al empezarla: que la luz viaja en línea recta.

4.- Agujeros muy, pero muy pequeños

Llamamos así a los agujeros más pequeños que la longitud de onda de la luz.

Según los libros de texto se supone que la luz no puede pasar a través de agujeros más pequeños que su longitud de onda. En los años

cuarenta el prestigioso físico Hans Bethe demostró que la luz no puede pasar por agujeros más pequeños que su longitud de onda, que en el caso de la luz visible oscila entre 0,4 y 0,8 milésimas de milímetro aproximadamente.

Hasta hace poco se pensaba esto. Pero Thomas Ebbesen, John Pendry del Imperial College, University of London y los españoles Francisco José García Vidal y Juan Antonio Porto han demostrado que esto no es así ya que la luz es capaz de atravesar una placa metálica llena de agujeros más pequeños que su longitud de onda.

Esto podría llevar a poder fabricar microchips con mucha más capacidad que los actuales y a construir nuevas pantallas planas de menor consumo.

¡Ya sabes lo que son los plasmones! ¿Cómo influye la regularidad del entramado para que la luz pase por sitios que sólo son el 7% de su longitud de onda?

Empezamos esta página con la idea de que la luz se propaga en línea recta y con esta idea se desarrolló toda la Óptica geométrica. Después de haber estudiado fenómenos más complicados vemos que la luz es algo más que un simple rayo y que su trayectoria se curva al propagarse a través de agujeros pequeños (difracción).

La regla de que la luz no pasa por agujeros menores que su longitud de onda tampoco se cumple en todos los casos.

 

GRAFICAS DADAS POR ESPEJOS CONCAVOS

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IMAGEN DADA POR UN ESPEJO CONVEXO

 

MARCO TEORICO SONIDO: Transmisión del sonido en un fluido. Se produce una onda de presión por compresión, que hace que el resto de las partículas se compriman entre ellas. El sonido, en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo. El sonido en Música es una onda sonora. El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que producen oscilaciones de la presión de las ondas que se producen, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión.1 En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio. Representación esquemática del oído. (Azul: ondas sonoras. Rojo: tímpano. Amarillo: Cóclea. Verde: células de receptores auditivos. Púrpura: espectro de frecuencia de respuesta del oído. Naranja: impulso del nervio. La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal. El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido en forma de ondas. Para que se genere un sonido es necesario que vibre alguna fuente. Las vibraciones pueden ser transmitidas a través de diversos medios elásticos, entre los más comunes se encuentran el aire y el agua. La fonética acústica concentra su interés especialmente en los sonidos del habla: cómo se generan, cómo se perciben, y cómo se pueden describir gráficacuantitativamente. PROPAGACIÓN DEL SONIDO: Artículo principal: Propagación del sonido. Ciertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la onda de sonido. Es por eso que el sonido se propaga en los sólidos y en los líquidos y gases pero con mayor rapidez que en los gases. En general cuanto mayor sea la compresibilidad (1/K) del medio tanto menor es la velocidad del sonido. También la densidad es un factor importante en la velocidad de propagación, en general a mayor sea la densidad (ρ), a igualdad de todo lo demás, tanto mayor es la velocidad de la propagación del sonido. La velocidad del sonido se relaciona con esas magnitudes mediante: En los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la densidad, de tal manera que el factor de importancia no suele ser la temperatura misma. La propagación del sonido ,en biologis, está sujeta a algunos condicionales. Así la transmisión de sonido requiere la existencia de un medio material donde la vibración de las moléculas es percibida como una onda sonora. En la propagación en medios compresibles como el aire, la propagación implica que en algunas zonas las moléculas de aire, al vibrar se juntan (zonas de compresión) y en otras zonas se alejan (zonas de rarefacción), esta alteración de distancias entre las moléculas de aire es lo que produce el sonido. En fluidos altamente incompresibles como los líquidos las distancias se ven muy poco afectadas pero se manifiesta en forma de ondas de presión. La velocidad de propagación de las ondas sonoras en un medio depende de la distancia promedio entre las partículas de dicho medio, por tanto, es en general mayor en los sólidos que en los líquidos y en estos, a su vez, que en los gases. En el vacío no puede propagarse el sonido, nótese que por tanto las explosiones realmente son audibles en el espacio exterior. LA INTENSIDAD: Véanse también: intensidad musical y sonoridad. Es la cantidad de energía acústica que contiene un sonido, es decir, lo fuerte o suave de un sonido. La intensidad viene determinada por la potencia, que a su vez está determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. La intensidad del sonido se divide en intensidad física e intensidad auditiva, la primera esta determinada por la cantidad de energía que se propaga, en la unidad de tiempo, a través de la unidad de área perpendicular a la dirección en que se propaga la onda. Y la intensidad auditiva que se fundamenta en la ley psicofísica de Weber-Fechner, que establece una relación logarítmica entre la intensidad física del sonido que es captado, y la intensidad física mínima audible por el oído humano. EL TIMBRE: Una misma nota suena distinta si la toca una flauta, un violín, una trompeta, etc. Cada instrumento tiene un timbre que lo identifica o lo diferencia de los demás. Con la voz sucede lo mismo. El sonido dado por un hombre, una mujer, un/a niño/a tienen distinto timbre. El timbre nos permitirá distinguir si la voz es áspera, dulce, ronca o aterciopelada. También influye en la variación del timbre la calidad del material que se utilice. Así pues, el sonido será claro, sordo, agradable o molesta. TONO: Una propiedad importante del sonido es el TONO, o lo que es lo mismo la FRECUENCIA con la que vibran las partículas del medio. Dicha frecuencia determina que un sonido sea AGUDO o GRAVE según su valor. Altos valores de frecuencia serán sonidos “agudos” y bajos valores de frecuencia sonidos “graves”. Naturalmente existe una escala o gradación entre agudos o graves, en la que, hay que tener en cuenta el “umbral de percepción” para el oído humano que va desde 20 a 20.000 Hz. Frecuencias que no correspondan a ese intervalo las llamamos “ultrasonidos” o “infrasonidos”. Las constantes características de cada sonido serán : la frecuencia "f" y la longitud de onda" ", las cuales están relacionadas con la velocidad de propagación del sonido en el medio correspondiente, ya que : v=.f Como "v" es constante, a medida que aumenta la frecuencia, disminuye la longitud de onda y, si disminuye la frecuencia, aumenta la longitud de onda, ya que el producto de ambas debe ser constante. Vamos a considerar una frecuencia de 500 Hz , que supone una longitud de onda de 0´68m. Vamos a simular ahora un sonido de frecuencia 250 Hz , que supondrá una longitud de onda de 1´36 m. El sonido será más "grave". LA REFLEXIÓN: es el fenómeno que se produce cuando las ondas sonoras llegan hasta un obstáculo que se opone a su propagación y se reflejan, cambiando de dirección o de sentido. De la misma manera que la luz se refleja en un espejo o una pelota rebota en el suelo, el sonido se comporta igual frente a un obstáculo, cumpliéndose la siguiente ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. EL ECO: Un curioso fenómeno relacionado con la reflexión del sonido es el eco. Cuando se grita frente a una montaña, se oye primero el sonido directo, y después el sonido reflejado en el obstáculo. Esta repetición del sonido se denomina eco y se debe a la reflexión de las ondas sonoras. EFECTO DOPPER: ¿ Has notado cómo el tono de las sirenas de las ambulancias, de los bomberos o de la policía, cambia a medida que el auto se nos acerca?. La frecuencia es mayor a medida que el auto se nos acerca, luego, cambia súbitamente a una frecuencia menor a medida que se aleja. Este fenómeno es conocido como el Efecto Doppler. (La frecuencia es el número de vibraciones completas por segundo medidas en una posición fija). CUERDAS SONORAS: CUERDAS SONORAS Las cuerdas sonoras son medios elásticos que al ser excitados correctamente producirán un sonido. las cuerdas presentan las siguientes características según el gráfico. A= Husos N= Nodos L= Longitud de la cuerda n= Numero de armónico. Las cuerdas presentan frecuencias distintas dependiendo del numero de armónico al que deseemos calcular la frecuencia. Formula general: Fn= n · v ------------------ 2L Donde: Fn= Frecuencia n n= numero de armonico v= constante del sonido (340 m/s2) ARMONICOS EN UNA CUERDA: MODOS DE VIBRAR DE UNA CUERDA TENSA Y FIJA EN LOS EXTREMOS. Creo que ya te había contado que al hacer vibrar una cuerda se produce automáticamente una onda estacionaria. En realidad eso ocurre cuando la cuerda es suficientemente corta y se halla suficientemente tensa... pero ese es, justamente, el caso en el que vos estás pensando... de modo que no te preocupes, admitamos la generalización. También te dije -creo- los extremos fijos imponen una fuerte restricción geométrica al obligar a la onda estacionaria a colocar un nodo en cada extremo. No negarás que te conté que la longitud de la onda estacionaria resultaba irremediablemente igual al doble de la longitud de la cuerda... Lo interesante de las cuerdas es que no están impedidas de vibrar al mismo tiempo de otra manera... ¡y de hecho lo hacen! respetando siempre la condición de colocar nodos en los extremos. A esos otros modos de vibración (si querés podés llamarlos parásitos, u oportunistas... ya se van a vengar) se los denomina armónicos. Acá te los muestro, un poquito exagerados: TUBOS SONOROS: Se llaman tubos sonoros aquellos que contienen una columna gaseosa (columna de aire) capaz de producir sonido al ser convenientemente excitada. El cuerpo sonoro es la columna gaseosa, y no el tubo que la contiene; en efecto, éste tiene la importante función de definir la forma de aquella pero fuera de esto, influye relativamente poco sobre los fenómenos sonoros. Los tubos sonoros pueden ser cerrados, es decir, que poseen una sola abertura y tubos abiertos, que poseen dos o más. TUBOS ABIERTOS: Si un tubo es abierto, el aire vibra con su máxima amplitud en los extremos. En la figura, se representan los tres primeros modos de vibración Como la distancia entre dos nodos o entre dos vientres es media longitud de onda. Si la longitud del tubo es L, tenemos que L=l /2, L=l , L=3l /2, ... en general L=nl /2, n=1, 2, 3... es un número entero Considerando que l =vs/f (velocidad del sonido dividido la frecuencia) Las frecuencias de los distintos modos de vibración responden a la fórmula TUBAS CERRADOS: Un tubo cerrado con una longitud determinada sólo puede producir una nota, la cual estará formada por una onda fundamental y unos múltiplos de ésta, llamados armónicos. Estas ondas tienen que ser de tal forma que en la zona de máxima compresión del aire del tubo (la parte cerrada) haya un nodo y en la de mínima (la parte abierta), un vientre. La longitud de un tubo es lo que determina que nota escucharemos. Cuanto más largo es el tubo en cuestión más grave será la nota y cuanto más corto, más aguda

taller icfes segundo periodo

SEGUNDA EVALUACIÓN TIPO ICFES TUBOS SONOROS SONIDOS EFECTO DOPPLER


                
  1. ¿Que es el efecto doppler?
                                                      

2. ¿que es un tubo abierto ?





                              

3.¿que son vientres y nodos?




                                           

4. ¿que es un tubo cerrado ?


                                  

5.¿que son los tubos sonoros?

6.¿un ciclista se encuentra descansado alado de la carretera cuando oye la sirena de una ambulancia la frecuencia de esta es 600 hertz y se acerca con una velocidad de 72 km/h ?
determine
.la frecuencia que oye el ciclista mientras la ambulancia se acerca

.la frecuencia persivida de sonido si el ciclista va a velocidad máxima con 36 km/h

7. ¿se refiere a la lariacion de la frecuencia persivida por observador debido al movimiento relativo entre el observador y la fuente que es ?


8. ¿un tubo abierto en sus dos extremos tiene 68 cm de largo presenta 2 nodos  de desplazamiento calcular la fuerza que emiten ?


9.¿cuales son las ecuaciones para realizar un ejercicio de tubos sonoros ?


10. ¿que es una onda , onda sonora ?



                            

Crucigrama

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TALLER DE CUERDAS