CELAP

PREPARATORIA LA PAZ DE APATZINGAN

TEMAS SELECTOS DE FISICA

INDICE

INTRODUCCION…………………………………………………..3

DUALIDAD DE LA LUZ…………………………………………..4

TEORIA CORPUSCULAR………………………………………..7

TEORIA ONDULATORIA………………………………………..9

CARACTERISCAS DE LA LUZ………………………………….12

CONCLUSION………………………………………………………..15

INTRODUCCION

EN ESTE TRABAJO USTED PORDRA OBSERVAR MAS QUE NADA LA DUALIDAD QUE TIENE O POSEE LA LUZ, COMO SU NOMBRE LO DICE SON LAS DOS CARACTERISTICAS QUE LA LUZ POSEE: QOMO PARTICULA Y COMO ONDA. ANALIZANDO LAS TEORIAS DE ISAAC NEWTON Y CHRISTIAN HUYGENS.
ASI MISMO DAREMOS LECTURA A LAS PROPIEDADES DE LA LUZ

DUALIDAD DE LA LUZ

Al finalizar el siglo XIX, gracias a la teoría atómica, se sabía que toda materia estaba formada por partículas elementales llamadas atomos. La electricidad se pensó primero como un fluido, pero Joseph John Thomson demostró que consistía en un flujo de partículas llamadas electrones, en sus experimentos con rayos catódicos. Todos estos descubrimientos llevaron a la idea de que una gran parte de la Naturaleza estaba compuesta por partículas. Al mismo tiempo, las ondas eran bien entendidas, junto con sus fenómenos, como la difracción y la interferencia. Se creía, pues, que la luz era una onda, tal y como demostró el Experimento de Young y efectos tales como la difracción de Fraunhofer.
Cuando se alcanzó el siglo XX, noobstante, aparecieron problemas con este punto de vista. El efecto fotoeléctrico, tal como fue analizado por Albert Einstein en 1905, demostró que la luz también poseía propiedades de partículas. Mas adelante, la difracción de electrones fue predicha y demostrada experimentalmente, con lo cual, los electrones poseían propiedades que habían sido atribuidas tanto a partículas como a ondas.
Esta confusión que enfrentaba, aparentemente, las propiedades de partículas y de ondas fue resuelta por el establecimiento de la mecanica cuantica, en la primera mitad del siglo XX. La mecanica cuantica nos sirve como marco de trabajo unificado para comprender que toda materia puede tener propiedades de onda y propiedades de partícula. Toda partícula de la naturaleza, sea un protón, un electrón, atomo o cual fuese, se describe mediante una ecuación diferencial, generalmente, la Ecuación de Schrödinger. Las soluciones a estas ecuaciones se conocen como funciones de onda, dado que son inherentemente ondulatorias en su forma. Pueden difractarse e interferirse, llevandonos a los efectos ondulatorios ya observados. Ademas, las funciones de onda se interpretan como descriptores de la probabilidad de encontrar una partícula en un punto del espacio dado. Quiere decirse esto que si se busca una partícula, se encontrara una con una probabilidad dada por la raíz cuadrada de la función de onda.
En el mundo macroscópico no se observan las propiedades ondulatorias de los objetosdado que dichas longitudes de onda, como en las personas, son demasiado pequeñas. La longitud de onda se da, en esencia, como la inversa del tamaño del objeto multiplicada por la constante de Planck h, un número extremadamente pequeño.

La paradoja de la dualidad onda-corpúsculo es resuelta en el marco teórico de la mecanica cuantica. Dicho marco es profundo y complejo, ademas de imposible de resumir brevemente.
Cada partícula en la naturaleza, sea fotón, electrón, atomo o lo que sea, puede describirse en términos de la solución de una ecuación diferencial, típicamente de la ecuación de Schrödinger, pero también de laecuación de Dirac. Estas soluciones son funciones matematicas llamadas funciones de onda. Las funciones de onda pueden difractar e interferir con otras o consigo mismas, ademas de otros fenómenos ondulatorios predecibles descritos en el experimento de la doble rendija.
Las funciones de onda se interpretan a menudo como la probabilidad de encontrar la correspondiente partícula en un punto dado del espacio en un momento dado. Por ejemplo, en un experimento que contenga una partícula en movimiento, uno puede buscar que la partícula llegue a una localización en particular en un momento dado usando un aparato de detección que apunte a ese lugar. Mientras que el comportamiento cuantico sigue unas funciones determinísticas bien definidas (como las funciones de onda), la solución a tales ecuaciones son probabilísticas. La probabilidad de queel detector encuentre la partícula es calculada usando la integral del producto de la función de onda y su complejo conjugado. Mientras que la función de onda puede pensarse como una propagación de la partícula en el espacio, en la practica el detector vera ono vera la partícula entera en cuestión, nunca podra ver una porción de la misma, como dos tercios de un electrón. He aquí la extraña dualidad: La partícula se propaga en el espacio de manera ondulatoria y probabilística pero llega al detector como un corpúsculo completo y localizado. Esta paradoja conceptual tiene explicaciones en forma de la Interpretación de Copenhague, el Camino de la Formulación Integral o la Teoría de los Muchos Mundos. Es importante puntualizar que todas estas interpretaciones son equivalentes y resultan en la misma predicción, pese a que ofrecen unas interpretaciones filosóficas muy diferentes.
Mientras la mecanica cuantica hace predicciones precisas sobre el resultado de dichos experimentos, su significado filosófico aún se busca y se discute. Dicho debate ha evolucionado como una ampliación del esfuerzo por comprender la dualidad onda-corpúsculo. ¿Qué significa para un protón comportarse como onda y como partícula? ¿Cómo puede ser un antielectrón matematicamente equivalente a un electrón moviéndose hacia atras en el tiempo bajo determinadas circunstancias, y qué implicaciones tiene esto para nuestra experiencia unidireccional del tiempo? ¿Cómo puede una partículateletransportarse a través de una barrera mientras que un balón de fútbol no puede atravesar un muro de cemento? Las implicaciones de estas facetas de la mecanica cuantica aún siguen desconcertando a muchos de los que se interesan por ella.
Algunos físicos íntimamente relacionados con el esfuerzo por alcanzar las reglas de la mecanica cuantica han visto este debate filosófico sobre la dualidad onda-corpúsculo como los intentos de sobreponer la experiencia humana en el mundo cuantico. Dado que, por naturaleza, este mundo es completamente no intuitivo, la teoría cuantica debe ser aprendida bajo sus propios términos independientes de la experiencia basada en la intuición del mundo macroscópico. El mérito científico de buscar tan profundamente por un significado a la mecanica cuantica es, para ellos, sospechoso. El teorema de Bell y los experimentos que inspira son un buen ejemplo de la búsqueda de los fundamentos de la mecanica cuantica. Desde el punto de vista de un físico, la incapacidad de la nueva filosofía cuantica de satisfacer un criterio comprobable o la imposibilidad de encontrar un fallo en la predictibilidad de las teorías actuales la reduce a una posición nula, incluso al riesgo de degenerar en una pseudociencia.




TEORIA CORPUSCULAR (ISAAC NEWTON
La teoría corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de partículas sin carga y sin masa llamadas fotones, capaces de portar todas las formas de radiaciónelectromagnética. Esta interpretación resurgió debido a que, la luz, en sus interacciones con la materia, intercambia energía sólo en cantidades discretas (múltiplas de un valor mínimo) de energía denominadas cuantos. Este hecho es difícil de combinar con la idea de que la energía de la luz se emita en forma de ondas, pero es facilmente visualizado en términos de corpúsculos de luz o fotones.
Fenómenos corpusculares
Existen tres efectos que demuestran el caracter corpuscular de la luz. Según el orden histórico, el primer efecto que no se pudo explicar por la concepción ondulatoria de la luz fue la radiación del cuerpo negro.
un cuerpo negro teóricamente perfecto que absorbe toda la luz que incide en él y por eso, cuando se calienta se convierte en un emisor ideal de radiación térmica, que permite estudiar con claridad el proceso de intercambio de energía entre radiación y materia. La distribución de frecuencias observadas de la radiación emitida por la caja a una temperatura de la cavidad dada, no se correspondía con las predicciones teóricas de la física clasica. Para poder explicarlo, Max Planck, al comienzo del siglo XX, postuló que para ser descrita correctamente, se tenía que asumir que la luz de frecuencia ν es absorbida por múltiplos enteros de un cuanto de energía igual a hν, donde h es una constante física universal llamada Constante de Planck.

En 1905, Albert Einstein utilizó la teoría cuantica recién desarrollada por Planck para explicar otrofenómeno no comprendido por la física clasica: el efecto fotoeléctrico. Este efecto consiste en que cuando un rayo monocromatico de radiación electromagnética ilumina la superficie de un sólido (y, a veces, la de un líquido), se desprenden electrones en un fenómeno conocido como fotoemisión o efecto fotoeléctrico externo. Estos electrones poseen una energía cinética que puede ser medida electrónicamente con un colector con carga negativa conectado a la superficie emisora. No se podía entender que la emisión de los llamados 'fotoelectrones' fuese inmediata e independiente de la intensidad del rayo. Eran incluso capaces de salir despedidos con intensidades extremadamente bajas, lo que excluía la posibilidad de que la superficie acumulase de alguna forma la energía suficiente para disparar los electrones. Ademas, el número de electrones era proporcional a la intensidad del rayo incidente. Einstein demostró que el efecto fotoeléctrico podía ser explicado asumiendo que la luz incidente estaba formada de fotones de energía hν, parte de esta energía hν0 se utilizaba para romper las fuerzas que unían el electrón con la materia, el resto de la energía aparecía como la energía cinética de los electrones emitidos

donde m es la masa del electrón, vmax la velocidad maxima observada, ν es la frecuencia de la luz iluminante y ν0 es la frecuencia umbral característica del sólido emisor.
La demostración final fue aportada por Arthur Compton que observó como al hacerincidir rayos X sobre elementos ligeros, estos se dispersaban con menor energía y ademas se desprendían electrones (fenómeno posteriormente denominado en su honor como efecto Compton). Compton, ayudandose de las teorías anteriores, le dio una explicación satisfactoria al problema tratando la luz como partículas que chocan elasticamente con los electrones como dos bolas de billar. El fotón, corpúsculo de luz, golpea al electrón: el electrón sale disparado con una parte de la energía del fotón y el fotón refleja su menor energía en su frecuencia. Las direcciones relativas en las que salen despedidos ambos estan de acuerdo con los calculos que utilizan la conservación de la energía y el momento. Otro fenómeno que demuestra la teoría corpuscular es la presión luminica.








TEORIA ONDULATORIA (CHRISTIAN HUYGENS
Esta teoría considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampère) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generandose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación .
Para poderdescribir una onda electromagnética podemos utilizar los parametros habituales de cualquier onda:
* Amplitud (A): Es la longitud maxima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento.
* Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos maximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio.
* Frecuencia (f): Número de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad inversa al periodo.
* Longitud de onda (λ): Es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas.
* Velocidad de propagación (V): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la rapidez de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.

La velocidad, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda estan relacionadas por las siguientes ecuaciones


Fenómenos ondulatorios
Algunos de los fenómenos mas importantes de la luz se pueden comprender facilmente si se considera que tiene un comportamiento ondulatorio.
El principio de superposición de ondas nos permite explicar el fenómeno de la interferencia: si juntamos en el mismo lugar dos ondas con la misma longitud de onda y amplitud, si estan en fase (las crestas de las ondas coinciden) formaran una interferencia constructiva y la intensidad de la onda resultante sera maxima e igual a dos veces la amplitud de las ondas que la conforman. Si estan desfasadas, habra un punto donde el desfase sea maximo(la cresta de la onda coincida exactamente con un valle) formandose una interferencia destructiva, anulandose la onda. El experimento de Young, con sus rendijas, nos permite obtener dos focos de luz de la misma longitud de onda y amplitud, creando un patrón de interferencias sobre una pantalla.
Las ondas cambian su dirección de propagación al cruzar un obstaculo puntiagudo o al pasar por una abertura estrecha. Como recoge el principio de Fresnel - Huygens, cada punto de un frente de ondas es un emisor de un nuevo frente de ondas que se propagan en todas las direcciones. La suma de todos los nuevos frentes de ondas hace que la perturbación se siga propagando en la dirección original. Sin embargo, si por medio de una rendija o de un obstaculo puntiagudo, se separa uno o unos pocos de los nuevos emisores de ondas, predominara la nueva dirección de propagación frente a la original.

La difracción de la luz se explica facilmente si se tiene en cuenta este efecto exclusivo de las ondas.

La refracción, también se puede explicar utilizando este principio, teniendo en cuenta que los nuevos frentes de onda generados en el nuevo medio, no se transmitiran con la misma rapidez que en el anterior medio, generando una distorsión en la dirección de propagación

Otro fenómeno de la luz facilmente identificable con su naturaleza ondulatoria es la polarización. La luz no polarizada esta compuesta por ondas que vibran en todos los angulos, al llegar a un mediopolarizador, sólo las ondas que vibran en un angulo determinado consiguen atravesar el medio, al poner otro polarizador a continuación, si el angulo que deja pasar el medio coincide con el angulo de vibración de la onda, la luz pasara íntegra, si no sólo una parte pasara hasta llegar a un angulo de 90º entre los dos polarizadores, donde no pasara nada de luz.

Este efecto, ademas, permite demostrar el caracter transversal de la luz (sus ondas vibran en dirección perpendicular a la dirección de propagación).
El efecto Faraday y el calculo de la rapidez de la luz, c, a partir de constantes eléctricas (permitividad y magnéticas (permeabilidad, μ0) por parte de la teoría de Maxwell:

confirman que las ondas de las que esta compuesta la luz son de naturaleza electromagnética. Esta teoría fue capaz, también, de eliminar la principal objeción a la teoría ondulatoria de la luz, que era encontrar la manera de que las ondas se trasladasen sin un medio material.





CARACTERISTICAS DE LA LUZ
-PROPAGACION RECTILINEA
Si la luz solar penetra por una pequeña abertura en un local oscuro, las partículas de polvo iluminadas al paso de la luz ponen de manifiesto que ésta se propaga en línea recta.
La luz, de naturaleza ondulatoria, se propaga mediante rayos.
Un rayo luminoso es una línea perpendicular a la superficie de onda y que determina la dirección de propagación de ésta.
EL POSTULADO GENERAL DE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA ES LA PROPAGACIÓNRECTILÍNEA DE LA LUZ, es decir dedica al estudio de la luz como si fueran rayos rectilíneos sin tener en cuenta ni su naturaleza ni su velocidad.
La consecuencia del hecho de tomar a la luz en estos sentidos no es ni mas ni menos que la formación de SOMBRAS Y PENUMBRAS y la formación de estas dependen del tipo de fuente luminosa:
FUENTE LUMINOSA PUNTUAL: es aquella que se supone que es ínfimamente pequeña por consiguiente cualquier cuerpo opaco colocado entre la misma y una pantalla, ademas de quedar en sombra parte del cuerpo, formara en la pantalla una sombra de igual forma al cuerpo (si es una esfera formara un circulo) y tamaño proporcional a las distancias existentes entre las tres. Si el cuerpo es una esfera podríamos explicar esto diciendo que los rayos tangentes a la superficie de la esfera forman un cono, llamado cono de sombra, el cual tiene base (o sección) en la pantalla; de este modo los rayos inferiores a la superficie cónica no pasan y los inferiores si lo hacen formandose la sombra.

 FUENTE LUMINOSA NO PUNTUAL EXTENSA: es aquella que tiene dimensiones geométricas a considerar. Ahora gracias a que la fuente no es solo un punto, es un cuerpo con dimensiones a tener en cuenta, cuando colocamos por ejemplo una esfera entre pantalla y fuente se nos forman dos conos uno que tiene por generatrices a los rayos tangentes exteriores y otro que tiene por generatrices a los rayos tangentes interiores. De este modo se nos forman tres zonas: lasombra propiamente dicha, la zona totalmente iluminada que recibe todos los rayos de luz y la penumbra o faja angular comprendida entre las dos anteriores zonas.
CAMARA OSCURA: este es el fundamento de la camara fotografica. Si en una caja cerrada hacemos un orificio pequeño y colocamos un cuerpo luminoso por delante dentro de la caja aparecera la imagen del mismo invertida. Teniendo en cuenta la propagación rectilínea de la luz y siendo el orificio pequeño los rayos que llegan a este son oblicuos entonces como la luz no dobla sigue su recorrido rectilíneo formando una imagen invertida como se ve en la figura.


-VELOCIDAD DE LA LUZ

Hasta la época de Galileo (1564- 1642) se consideraba que la propagación de la luz era instantanea.
El propio Galileo realizó un experimento para determinar la velocidad de la luz que consistía en realizar señales con linternas desde dos colinas que se encontraban a 1 km de distancia. Su idea consistía en medir el tiempo que tarda la luz en recorrer dos veces la distancia entre los experimentadores situados en las colinas. Uno de ellos destapaba su linterna y cuando el otro veía la luz, destapaba la suya. El tiempo transcurrido desde que el experimentador A destapaba su linterna hasta que veía la luz procedente de B era el tiempo que tardaba la luz en recorrer ida y vuelta la distancia entre los dos experimentadores.
Aunque el método es correcto, la velocidad de la luz es muy alta y el tiempo a medir era inclusomas pequeño que las fluctuaciones de la respuesta humana. Galileo no pudo obtener un valor razonable para la velocidad de la luz.
A partir de Galileo, se sucedieron muchos experimentos para determinar la velocidad de la luz.

-REFLEXION
Cuando la luz incide sobre un cuerpo, éste la devuelve al medio en mayor o menor proporción según sus propias características. Este fenómeno se llama reflexión y gracias a él podemos ver las cosas.
No todos los cuerpos se comportan de la misma manera frente a la luz que les llega. Por ejemplo, en algunos cuerpos como los espejos o los metales pulidos podemos ver nuestra imagen pero no podemos 'mirarnos' en una hoja de papel.

Esto se debe a que existen distintos tipos de reflexión:
 -reflexión especular: Este es el caso de los espejos y de la mayoría de las superficies duras y pulidas. Al tratarse de una superficie lisa, los rayos reflejados son paralelos, es decir tienen la misma dirección.

La reflexión difusa es típica de sustancias granulosas como polvos. En el caso de la reflexión difusa los rayos son reflejados en distintas direcciones debido a la rugosidad de la superficie.
Muchas reflexiones son una combinación de los dos tipos anteriores. Una manifestación de esto es una reflexión extendida que tiene un componente direccional dominante que es difundido parcialmente por irregularidades de la superficie.
La reflexión mixta es una combinación de reflexión especular, extienda y difusa. Este tipo dereflexión mixta es que se da en la mayoría de los materiales reales.
La reflexión esparcida es aquella que no puede asociarse con la Ley de Lambert ni con la Ley de la Reflexión Regular. La ilustración de modelos de reflexión debajo de las muestras un posible modelo de la reflexión esparcido.

-REFRACCION
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
CONCLUSION


EN MI OPINION PUDE OBSERVAR QUE LA LUZ TIENE MUCHAS CARACTERISTICAS O PROPIEDADES.
LA LUZ PARA EL SER HUMANO ES MUY IMPORTANTE, SIMPLEMENTE PARA LA VIDA LABORAL DIARIA, Y CON ELLA SE PUEDEN HACER UNA INFINIDAD DE COSAS QUE NOS PUEDEN AYUDAR A HACER LA VIDA MAS FACIL O BIEN A TRATAR DE MEJORAR LA CALIDAD DE VIDA, EMPLEANDO NUEVOS MECANISMOS MAS ECOLOGICOS.