T.5. A luz Adaptado e traducido polo profesor Xacobo de Toro dunha presentación do departamento de ciencias do IES SUEL 1

2

3

Que é a luz? Todas as radiacións en xeral, e entre elas a luz, propáganse en forma de ondas. As ondas que se poden propagar no baleiro chámanse electromagnéticas. A luz é unha radiación electromagnética. No tema 3 (“Calor e a temperatura”) vimos que unha radiación é unha forma de transmisión de enerxía, que consiste na emisión de enerxía desde un cuerpo sen que haxa un medio material de propagación. Aquí podes ver unha representación dunha onda electromagnética: Campo eléctrico Campo magnético Propagación 4

La luz tarda 8,4 segundos en llegar TERRA Como xa sabes, entre o Sol e a Terra non hai aire nen outro medio polo que poida propagar a luz. A luz e a calor do Sol poden viaxar polo baleiro ata chegar a nós. Percorre unha distancia de 150 millóns de Km Que é a luz? 5

LUZ VISIBLE RADIACIONES NON VISIBLES RADIACIÓNS NON VISIBLES Ondas de radio e TV Radiación Infravermella Radiación Ultravioleta Rayos X Raios Gamma Radiación de microondas Menos enerxía Máis enerxía Onda longa Onda curta Onda media Espectro da luz visible Só unha pequena parte da enerxía radiante (a que vemos cos nosos ollos) é o que chamamos “luz”. 6

1.1. Características das ondas electromagnéticas Ao igual que outras ondas, como a do son, as ondas electromagnéticas tamén se caracterizan por: A velocidade de propagación A frecuencia (oscilacións do campo electromagnético por segundo) Campo eléctrico Campo magnético Propagación Que é a luz? 7

1.1. Características das ondas electromagnéticas A velocidade da luz é tan elevada que ata o século XVII supuñase que se propagaba con velocidade infinita, é dicir instantáneamente. Hoxe sábese que todas as ondas electromagnéticas propáganse polo baleiro á velocidade de 300.000 km/s, que se coñece como “velocidade da luz no baleiro” e se simboliza coa letra c (c=300.000 km/s). ¿e sempre vai igual de rápido? No baleiro sí, pero cando atravesa algún medio vai algo máis amodo… Que é a luz? 8

Se a luz atravesa algún medio vai algo máis amodo que por o baleiro. Que é a luz? 9

Nada pode viaxar máis rápido que a luz polo baleiro A Teoría da Relatividade de Albert Einstein dí, entre outras cousas, que nada pode viaxar máis rápido ca luz Que é a luz? 10

Lonxitude de onda LonXitudE de onda É outra característica das ondas. Canto maior é a lonxitude de onda, menor é a frecuencia Dado que a lonxitude de onda é unha distancia, mídese en unidades de lonxitude (m). Lonxitude de onda maior Lonxitude de onda máis curta Baixa frecuencia Alta frecuencia MENOS ENERXÍA MÁIS ENERXÍA Que é a luz? 11

Canto maior é a frecuencia de onda, maior é a súa enerxía. A luz é a radiación visible do espectro electromagnético que podemos captar cos nosos ollos. As ondas electromagnéticas clasifícanse segundo a súa frecuencia como se amosa no seguinte diagrama, que se coñece co nome de espectro electromagnético. Que é a luz? 12

Os nosos ollos funcionan como antenas receptoras das ondas electromagnéticas comprendidas entre as frecuencias de 4.1014 Hz (vermello) e uns 8.1014 Hz (violeta) Que é a luz? 13

Algunhas propiedades da luz 2.1. A luz propágase en liña recta 2.2. A luz reflíctese 2.3. A luz refráctase, é dicir, cambia de dirección cando pasa dun medio a outro A luz presenta tres propiedades características: 14

2.1. A luz propágase en liña recta Feixe de luz láser visible con fume Feixe de luz branca Estas imáxes amosan un feito que xa era coñecido desde a antiguedade: o feixe de luz Algunhas propiedades da luz 15

16

A luz no Románico 17

Feixes de luz Algunhas propiedades da luz 18

A propagación rectilínea da luz permitiranos empregar unha idea gráfica moi útil para estudar certos fenómenos: o raio de luz. A liña recta que representa a dirección e sentido da propagación da luz chámaselle raio de luz. ¿É o mesmo “feixe” que “raio”? Non. Un raio é unha representación gráfica, unha líña, e non ten grosor. En cambio, na realidade, un feixe sí que ten grosor. Raio de luz Feixe de luz Algunhas propiedades da luz 2.1. A luz propágase en liña recta 19

Un feito que demostra que a propagación rectilínea da luz é a formación das sombras. Cando un obxecto, por exemplo unha chave, interponse entre a luz e unha superficie, a luz interceptada polo obxecto non chega ata a superficie; créase así unha silueta obscura coa forma do obxecto, que se chama sombra. Algunhas propiedades da luz 2.1. A luz propágase en liña recta 20

A forma e o tamaño da sombra pódense determinar trazando unhas liñas rectas que parten do foco de luz e pasan polo contorno do obxecto Algunhas propiedades da luz 2.1. A luz propágase en liña recta 21

Sombras, penumbras e eclipses Se o foco de luz é grande e está preto, ademáis da sombra (S), fórmase unha penumbra (P) Algunhas propiedades da luz 2.1. A luz propágase en liña recta 22

Cun diagrama de raios como este pódese comprender mellor o que acontece. Fórmase penumbra naquelas zonas onde non chegan os raios procedentes dun extremo do foco, pero sí chegan os que proveñen do outro extremo do foco. Sombras, penumbras e eclipses Algunhas propiedades da luz 2.1. A luz propágase en liña recta 23

Eclipse de Lúa Eclipse solar As eclipses A palabra eclipse significa “ocultación”. A Lúa queda oculta O Sol queda oculto Porque a Terra interponse entre o Sol e a Lúa Porque a Lúa interponse entre o Sol e a Terra 24

Eclipse solar Así veríamolo desde o espacio Así vémolo desde a Terra Sombra Sombra Penumbra Eclipse total de Sol Eclipse parcial de Sol 25

Eclipse solar Eclipse anular de Sol Ás veces a Lúa está un pouco máis afastada e as persoas situadas no punto A ven isto: Así vémolo desde o punto A na Terra Sol A 26

Nunha eclipse de Lúa, as zonas de sombra e de penumbra son máis grandes co diámetro luar. Por iso pode durar unhas tres horas, mentres que un eclipse de Sol dura só uns minutos. Eclipse de Lúa A Lúa podémola ver arroibar cando está na zona de penumbra. É o“rubor” da Lúa. A Terra ensombrece a Lúa porque ponse entre ela e o Sol. 27

Umbra, penumbra, antumbra 28

Fíxate no feixe de luz láser reflectíndose nun espello: O raio que chega ao espello (RAiO INCIDENTE), sae “rebotado” formando outro raio (RAiO REFLEXADO) A reflexión da luz é o cambio de dirección que experimenta un raio luminoso ao chocar contra a superficie dos corpos. A luz reflectida segue propagándose polo mesmo medio que a incidente. Raio incidente Rayo incidente Raio reflectido Raio reflectido Algunhas propiedades da luz 2.2. A luz reflíctese 29

Cando se reflicten os raios de luz nunha superficie perfectamente plana como un espello, acontece que: O raio incidente, o reflectido e a normal están nun mesmo plano perpendicular á superficie. O ángulo de incidencia é igual ao ángulo de reflexión. raio incidente raio reflectido normal espello ángulo de incidencia ángulo de reflexión Algunhas propiedades da luz 2.2. A luz reflíctese 30

2.2. A luz reflíctese Podes comprobar todo isto mirándote nun espello. Para ver todo o teu corpo os raios que proveñen dos teus pés deben chegar aos teus ollos tras reflexarse no espello. Como ves no debuxo, isto só é posible si a altura do espello é, como mínimo, a metada da túa altura. Espello Raio incidinte Raio reflexado Espello Algunhas propiedades da luz 31

Nun periscopio os raios de luz reflíctense así: Espello Espello Algunhas propiedades da luz 2.2. A luz reflíctese 32

Se os nosos ollos non están exactamente na dirección da luz reflectida, non podremos ver a imaxe no espello. Só o ollo C verá a flor A B C Espello Algunhas propiedades da luz 2.2. A luz reflíctese 33

Por qué vemos os obxetos? Porque a luz que se reflicte neles chega ata os nosos ollos A luz reflectida na bombona permítenos vela Algunhas propiedades da luz 2.2. A luz reflíctese 34

Hai dous tipos de reflexión: Reflexión especular Reflexión difusa Os raios reflectidos saen nunha mesma dirección Os raios reflectidos saen en todas as direccións En superficies perfectamente lisas En superficies rugosas Algunhas propiedades da luz 2.2. A luz reflíctese 35

Grazas á reflexión difusa, podes ler as páxinas destes apuntes desde calquer ángulo. Os raios reflectidos saen en todas as direccións A superficie das páxinas é rugosa Podemos percibir os obxectos e as súass formas grazas á reflexión difusa da luz na súa superficie. Algunhas propiedades da luz 2.2. A luz reflíctese 36

Imaxes nun espello plano imaxe virtual obxeto espello Observa con detimento o que acontece cando miramos algo nun espello plano Os raios semellan vir do punto B O obxeto parece estar “detrás do espello” 37

imaxen virtual real espello Debuxando rectas perpendiculares ao espello desde cada punto que se prolongan exactamente á mesma distancia por detrás de éste. Unindo todos os puntos, obtense a imaxe. Imaxes nun espello plano 38

real espello Por que as ambulancias levan o letreiro escrito ao revés na parte dianteira? Serías capaz de debuxar a imaxe virtual da túa man dereita? Imaxes nun espello plano 39

Imaxes en espellos curvos Nun espello convexo, o Foco (F) está situado detrás do mesmo. Os raios que chegan paralelos reflíctense pasando por un punto llamado Foco (F) Espello cóncavo Espello convexo C = Centro de curvatura 40

Espello cóncavo Espello convexo Fíxate detidamente nos debuxos para comprender mellor como se ven as cousas nestes espellos curvos. Imaxes en espellos curvos 41

Algunhas propiedades da luz 2.3. A luz refráctase Cando a luz pasa dun medio a outro, por exemplo, do aire á agua, desvíase (cambia de dirección), é dicir, refráctase. ¿Lembras?... A velocidade de propagación tamén é distinta nos distintos medios. Ademáis de cambiar a dirección, cambia a velocidade. rayo incidente rayo refractado 42

Cando a luz pasa dun medio a outro, por exemplo, do aire á auga, desvíase (cambia de dirección), é dicir, refráctase. Lembras?... A velocidade de propagación tamén é distinta nos distintos medios. Ademáis de cambiar a dirección, cambia a velocidade. raio incidente raio refractado Tamén hai refracción cando o raio pasa da auga ao aire: Algunhas propiedades da luz 2.3. A luz refráctase 43

A refracción da luz é o cambio de dirección que experimentan os raios luminosos ao pasar dun medio a outro no que se propagan con distinta velocidade. Algunhas propiedades da luz 2.3. A luz refráctase 44

¿Por qué semella doblarse o pau ao introducilo na agua? Este é un dos efectos ópticos máis curiosos da refracción. Ao introducir un pau na auga, parece que se dobrou cando se contempla dende a superficie, porque os raios que proveñen do extremo mergullado do pau sofren unha refracción, ao pasar da auga ao aire, que os afasta da normal e os dirixe aos nosos ollos. Dende a nosa posición, eses raios parecen proceder do punto A, onde vemos realmente a imaxe do pau. Por esta razón temos a sensación de que o pau "dobrouse" ao entrar na auga. Os raios semellan proceder do punto A Algunhas propiedades da luz 2.3. A luz refráctase 45

As leis fundamentais da refracción son: O raio refractado, o incidente e a normal encóntranse nun mesmo plano. O raio refractado achégase á normal cando pasa dun medio no que se propaga a maior velocidade a outro no que se propaga a menor velocidade. Pola contra, afástase da normal ao pasar a un medio no que se propaga a maior velocidade. Normal Normal Aire Auga Achégaseá normal Alónxaseda normal Algunhas propiedades da luz 2.3. A luz refráctase 46

A relación entre a velocidade da luz no baleiro e nun medio no que poida propagarse denomínase índice de refracción (n) de ese medio. c = velocidade da luz no baleiro= 300.000 Km/s v = velocidade da luz no medio (substancia) Como c é sempre maior ca v, o índice de refracción de calquer medio será siempre maior ou igual a 1 Algunhas propiedades da luz 2.3. A luz refráctase 47

A dispersión da luz A luz branca é unha mestura de cores. Como cada cor ten o seu propio índice de refracción, desvíase máis ou menos. O resultado é que la luz descomponse nas “cores do arco da vella” O vermello desvíase menos, e o violeta máis Prisma de vidro Ás veces as nubes dispersan a luz solar Algunhas propiedades da luz 2.3. A luz refráctase 48

As lentes Podemos atopalas como lupas ou en aparatos como telescopios, microscopios, cámaras, gafas… O seu funcionamiento baséase na refracción da luz cando atravesa o vidro Aire Vidro Algunhas propiedades da luz 2.3. A luz refráctase 49

Lentes converxentes F Son máis grosas polo centro que polos extremos. Os raios refractados por estas lentes converxen (*) nun punto chamado foco (F) As lupas son lentes converxentes (*) Converxer: dirixirse cara un mesmo lugar. Por iso pode facerse un lume cos raios do Sol: oriéntase axeitadamente unha lupa e póñense follas secas en F As lentes 50

Microscopio Lupa 51

As lentes Lentes diverxentes Son máis grosas polos extremos que polo centro. Os raios refractados non converxen nun punto, senón que se separan (diverxen). 52

As lentes Lente converxente F Lente diverxente 53

diverxentes converxentes Biconvexa Plano-convexa Menisco-convexa Bicóncava Plano-cóncava Menisco-cóncava As lupas son lentes converxentes biconvexas As lentes 54

Funcionamento dun telescopio 55

O aparato máis sinxelo construído cunha lente é a lupa. Empregándoa axeitadamente, podemos ver aumentada a imaxe. As lentes 56

Pero unha lupa tamén pode formar una imaxe máis pequena e invertida dos obxectos lonxanos. Se o obxecto está preto da lupa a imaxe fórmase dereita e aumentada As lentes 57

A luz e a materia: as cores das cousas En función do comportamento ante á luz, os corpos clasifícanse en: Transparentes Opacos Translúcidos A luz pode atravesalos. Podemos ver a través de eles. A luz non pode atravesalos. Non podemos ver a través de eles. A luz pode atravesalos en parte. Podemos ver a través de eles, pero borroso. 58

As cousas poden ser transparentes, opacas ou translúcidas. Pero ¿a qué se debe o feito de que moitos corpos presenten, ademáis, cores? A luz e a materia: as cores das cousas 59

Rás de cristal 60

Rás punta de frecha 61

Como vimos, a luz branca descomponse nunha banda de cores cando atravesa un prisma. Isto quere dicir que: A luz branca componse das diferentes cores do arco da vella: violeta, azul, verde, amarelo, laranxa e vermello. En realidade, existen tres cores: vermello, verde e azul, denominados cores primarios, que ao mesturarse en diferentes proporcións dan lugar a todos os demáis. Se se mesturan nas mesmas cantidades producen luz branca. A luz e a materia: as cores das cousas 62

La luz y la materia: los colores de las cosas Cor por transmisión Cor por reflexión Dase en corpos trasparentes e translúcidos, que absorben todas as cores menos unha. O aceite é amarelo-verde porque absorbe todas as colores menos o verde, que o atravesa. Dase en corpos opacos que absorben todas as cores menos unha, que é reflectida. Vemos a bombona laranxa porque esa é a cor que reflicte 63

_ _________ Os pigmentos son substancias que absorben certas cores e reflicten outros. Para obtener calquera cor só se precisan tres pigmentos puros: o maxenta, o amarelo e o cián. Maxenta Amarelo Cián Se mesturamos as tres cores obtemos o negro O maxenta é unha mestura das cores primarias vermello e azul. O cián, de verde e azul. O amarelo, de vermello e verde. A pintura cián reflicte o verde e o azul e absorbe o vermello. A pintura amarela absorbe o azul e reflicte o vermello e o verde. Pigmentos puros y negro A luz e a materia: as cores das cousas 64

O ollo e a vista O ollo humano é un complexo instrumento óptico. A parte receptora é a retina, con células fotosensibles chamadas conos e bastóns. Os bastóns son sensibles a pouca luz, pero non distinguen as cores. Os conos funcionan con máis luz, e haino de tres tipos que captan as cores básicas: azul, vermella e verde. O cristalino é unha lente converxente biconvexa 65

O ollo e a vista O cristalino é unha lente converxente biconvexa que permítenos enfocar a visión. Na retina fórmase unha imaxe invertida e máis cativa do obxecto real que estamos vendo. 66