Determinacion de la reflexion de la luz Al igual que la reflexión de las ondas sonoras, la reflexión luminosa es un fenómeno en virtud del cualla luz al incidir sobre la superficie de los cuerpos cambia de dirección, invirtiéndose el sentido de su propagación. En cierto modo se podría comparar con el rebote que sufre una bola de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa. La visión de los objetos se lleva a cabo precisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a menos que no sea una fuente en sí mismo,permanecerá invisible en tanto no sea iluminado. Los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la superficie del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y su tamaño. De acuerdo con las características de la superficie reflectora, la reflexión luminosa puede ser regular o difusa. La reflexión regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. Un espejo o una lámina metálica pulimentada reflejan ordenadamente un haz de rayos conservando la forma del haz. La reflexión difusa se da sobre los cuerpos de superficies más o menos rugosas. En ellas un haz paralelo, al reflejarse, se dispersa orientándose los rayos en direcciones diferentes. Esta es la razón por la que un espejo es capaz de reflejar la imagen de otro objeto en tanto que una piedra, por ejemplo, sólo refleja su propia imagen. Sobre la base de las observaciones antiguas se establecieron las leyes que rigen el comportamiento de la luz en la reflexión regular o especular. Se denominan genéricamente leyes de la reflexión. Si S es una superficie especular (representada por una línea recta rayada del lado en que no existe la reflexión), se denomina rayo incidente al que llega a S, rayo reflejado al que emerge de ella como resultado de la reflexión y punto de incidencia O al punto de corte del rayo incidente con la superficie S. La recta N,perpendicular a S por el punto de incidencia, se denomina normal. El ángulo de incidencia ε es el formado por el rayo incidente y la normal. El ángulo de reflexión ε ´ es el que forma la normal y el rayo reflejado. Con la ayuda de estos conceptos auxiliares pueden anunciarse las leyes de la reflexión en los siguientes términos: 1.ª Ley. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran sobre un mismo plano. 2.ª Ley. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión (ε = ε ´). SUPERFICIES DE ONDA Y RAYOS Las ondas también pueden clasificarse según el espacio de propagación en unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales. Ondas unidimensionales son, por ejemplo, las que se propagan por cuerdas y muelles cuando podemos considerarlos como líneas. Da lo mismo que la onda sea longitudinal o transversal: en esta clasificación no se tiene en cuenta la dirección del movimiento originado por la perturbación, sino únicamente el espacio de propagación de la onda, que es el espacio ocupado por el medio de propagación cuando está en equilibrio. Por la misma razón las olas que se propagan por la superficie del agua son bidimensionales: podemos considerar que la superficie del agua en equilibrio forma un plano horizontal, el plano de propagación, aunque el movimiento del agua al paso de la onda no tenga lugar en ese plano. El sonido es un ejemplo de onda tridimensional. Para representar una onda multidimensional podemos "señalar" puntos que se encuentren en un estado perturbativo semejante. En el caso de las ondas bidimensionales estos puntos forman líneas, y en el de las tridimensionales superficies denominadas frentes de onda. Las ondas emitidas por un emisor puntual (que llamaremos foco puntual a partir de ahora) forman frentes de onda esféricos. Podemos generarlos en la superficie del agua haciendo vibrar en ella una punta afilada, aunque, en este caso, debido a que la onda es bidimensional, los frentes de onda son circunferencias y es más correcto denominarlos frentes de onda circulares. El pulso sonoro que sucede a la explosión de un petardo también queda perfectamente representado por un frente de ondas esférico. También son importantes los frentes de onda planos. Pueden crearse frentes de onda rectilíneos en la superficie del agua haciendo vibrar sobre ella el filo de una lámina plana. Los frentes de onda se extienden y se propagan por el espacio en dirección perpendicular a ellos mismos. La propagación de los frentes puede representarse mediante líneas orientadas denominadas rayos. Los rayos son perpendiculares a los frentes. LEY DE LA REFRACCION La hipótesis de los rayos rectos luminosos no es la única hipótesis de la óptica geométrica. Para explicar el fenómeno de la reflexión de la luz (Figura 4) es necesario suponer que la dirección de los rayos luminosos cambia en algunas circunstancias. Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera atrás, y no frente a éste. La óptica geométrica explica este familiar fenómeno suponiendo que los rayos luminosos cambian de dirección al llegar al espejo. La forma precisa en que ocurre este cambio se conoce como ley de la reflexión de la luz. Es una ley muy sencilla: los rayos incidente y reflejado hacen ángulos iguales con el espejo; o con la perpendicular al espejo, que es como suelen medirse estos ángulos (Figura 10). Esta ley, por cierto, también se puede deducir aplicando la ley de variación del tamaño aparente con la distancia para explicar los tamaños aparentes de un objeto y de su imagen en un espejo plano. O, dicho de otra forma, si vemos nuestra imagen en un espejo plano del tamaño que la vemos es porque los rayos incidente y reflejado forman ángulos iguales con el espejo. Figura 10. La ley de la reflexión de la luz: el ángulo de incidencia, i, y el de reflexión, r, de un rayo luminoso sobre una superficie son iguales; esto es i = Determinacion de la refraccion de la luz Ley de Snell: n1 sen i = n2 sen r Ángulo crítico Los rayos se alejan de la normal cuando entran en un medio menos denso, y la desviación de la normal aumenta a medida que aumenta el ángulo de incidencia, hay un determinado ángulo de incidencia, denominado ángulo crítico, para el que el rayo refractado forma un ángulo de 90°. Con la normal, por lo que avanza justo a lo largo de la superficie de separación entre ambos medios. Si el ángulo de incidencia se hace mayor que el ángulo crítico, los rayos de luz serán totalmente 47 1. cambian su dirección cuando pasan de un material transparente a otro.52 (roca) Glicerina Hielo Cuarzo Sal de Roca Agua Circón Aire 1.33 1.63 Alcohol etílico Fluorita Vidrio -Crown . Esto provoca que las ondas se desvíen hacia la normal (línea que forma un ángulo recto con la superficie del agua). Los rayos que llegan a la superficie se llaman incidentes. La reflexión total no puede producirse cuando la luz pasa de un medio menos denso a otro más denso La refracción y la reflexión de la luz: La refracción es un proceso en el cual las ondas. Si los rayos de luz se reflejan en una superficie suave y pulida (espejo. . piscina en reposo) producen una imagen visible que parece existir en el otro lado de la superficie. no se refracta.reflejados.43 1. Cuando la luz que viaja por el aire entra en el agua. La luz se refracta porque viaja a velocidades distintas a través de diferentes materiales. MATERIAL • Fuente de Poder .92 1 -Flint Disulfuro Diamante OBJETIVOS Conocer más y experimentar lo que dice la ley de Snell.5 1.31 1. y los que salen de ella.54 1. Tabla de Índices de Refracción: Luz Amarilla (longitud de onda: 589 nm) Benceno de Carbono 2.42 1. La reflexión es un proceso que se produce cuando los rayos de luz rebotan en una superficie. Una onda que entre en un material en la dirección de la normal. comprobar su veracidad y hacer varios experimentos para comprobarla. 1.63 1.36 1. reflejados.54 1. su velocidad disminuye. . colocar el prisma rectangular en el lado positivo y con el rayo de el láser obtener el ángulo critico. Identificacion de la reflexion y refraccion de las ondas esfericas REFLEXION Y REFRACCION DE LA LUZ La reflexión de la luz . encontrar el ángulo crítico CONCLUSIONES Después de haber realizado esta practica pude comprender más acerca de la ley de Snell y su funcionamiento. también me di cuenta de lo importante que es conocer esto para nuestra vida diaria. 3. 2.. por que por ejemplo sin las ondas sonoras no podríamos escuchar lo que se dice.• Láser • Espejo • Prisma rectangular • Papel • Lápiz • Pecera con agua MÉTODOS 1. pues tratamos con esta ley diariamente y a veces sin darnos cuenta o sin prestarle la atención requerida.Colocar el prisma de vidrio sobre la hoja de papel y el rayo del láser atravesándolo.En una hoja de Papel dibujar las líneas “x” y “Y” de el plano cartesiano.Colocar el láser en frente de una pecera con agua y con el rayo atravesarla.. encontrar el ángulo crítico. la reflexión luminosa es un fenómeno en virtud del cual la luz al incidir sobre la superficie de los cuerpos cambia de dirección. al llegar a esa superficie límite. La refracción de la luz Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. A pesar de esta circunstancia. en parte se refleja y en parte se refracta. Segunda Ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión: i=r Consecuencias de la Segunda Ley: Como es ángulo de incidencia resulta igual al de reflexión. es posible fijar la atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus características. la reflexión luminosa puede ser regular o difusa. sólo refleja su propia imagen. El haz. Los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la superficie del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y su tamaño. permanecerá invisible en tanto no sea iluminado. acompañado de una reflexión. producida en la superficie que limita los dos medios transparentes. se deduce que: Cuando el rayo incidente coincide con la normal. más o menos débil. por ejemplo. en general.Al igual que la reflexión de las ondas sonoras. en general. De acuerdo con las características de la superficie reflectora. Las lentes. La reflexión difusa se da sobre los cuerpos de superficies más o menos rugosas. Ésta es la razón por la que un espejo es capaz de reflejar la imagen de otro objeto en tanto que una piedra. . Un objeto cualquiera. la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico. Leyes de la Reflexión Primera Ley: El rayo incidente (I). el rayo se refleja sobre si mismo. El fenómeno de la refracción va. lo cual implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. el ojo humano y. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite. al reflejarse. a menos que no sea una fuente en sí mismo. Un espejo o una lámina metálica pulimentada reflejan ordenadamente un haz de rayos conservando la forma del haz. En cierto modo se podría comparar con el rebote que sufre una bola de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa. La visión de los objetos se lleva a cabo precisamente gracias al fenómeno de la reflexión. las máquinas fotográficas. En ellas un haz paralelo. se dispersa orientándose los rayos en direcciones diferentes. Refracción es el fenómeno por el cual un rayo luminoso sufre una desviación al atravesar dos medios transparentes de distinta densidad. invirtiéndose el sentido de su propagación. La reflexión regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. la normal (n) y el rayo reflejado (r) están en un mismo plano. 33 * Éter 1. En todos los casos la velocidad es constante y. el rayo refractado y la normal pertenecen al mismo plano. Segunda Ley: La razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante .52 Velocidad de propagación de una onda Todas las ondas tienen una velocidad de propagación finita. o el coeficiente adiabático. Como el índice de refracción del primer y el último medio es el mismo.del segundo medio respecto del primero: sen i / sen r= nb/a nb/a: índice de refracción del medio B respecto del medio A El índice de refracción varía de acuerdo los medios: -el agua respecto del aire es n=1. será: .33 -el vidrio respecto del aire es n=1. el rayo emerge en dirección paralela al rayo incidente AB.00 * Aire 1.. pero resulta desplazado.5 Existen tres tipos de refracción: En la figura 4 se muestra la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa varios medios con superficies de separación paralelas.Leyes de la Refracción Primera Ley: El rayo incidente. en la cuyo valor influyen las fuerzas recuperadoras elásticas del medio y determinados factores de la masa del medio: la densidad lineal en las cuerdas. Índices de refracción para varios materiales * Vacío 1.32 * Agua 1. la masa molecular y la temperatura en el caso de la propagación del sonido en un gas. como siempre. la profundidad del agua bajo la superficie.llamada índice de refracción .0000294 * Hielo 1. El índice de refracción del agua es más bajo que el del vidrio.36 * Vidrio 1. A esa distancia se le llama longitud de onda. Equivale a un lumen /m². El experimento va a constar de dos partes. Se usa en fotometría como medida de la intensidad luminosa. El flujo luminoso se diferencia del flujo radiante (la medida de la potencia luminosa total emitida) en que el primero se ajusta teniendo en cuenta la sensibilidad variable del ojo humano a las diferentes longitudes de onda de la luz. Por su parte el espacio recorrido por la onda en ese tiempo será la distancia en tre dos puntos consecutivos que se encuentran con la misma propiedad. El periodo será el tiempo que transcurre entre dos instantes consecutivos en los cuales un punto del medio vuelve a poseer las mismas propiedades. un modelo estándar de la sensibilidad a la luz del ojo humano. Además de ver la diferencia que existe entre rebotar el sonido en una pared lisa. cristal. En nuestro caso 45º Y la segunda en la que manteniendo fijo el montaje de recepción.Pero veamos qué es el que la onda recorre en un tiempo... Por lo tanto El lux (símbolo lx) es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para la iluminancia o nivel de iluminación. 1 lm = 1 cd · sr = 1 lx · m2 En este apartado vamos a ver un ejemplo práctico del fenómeno de la reflexión del sonido utilizando distintas paredes reflectantes. Una primera en la que comprobaremos la ley de la reflexión que dice que el ángulo con respecto a la normal con el que la onda sonora rebota a mayor amplitud es el mismo que el incidente. tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad. iremos probando la capacidad reflexiva de distintos materiales tales como madera. metal. de rebotar en una pared rugosa. Será pues igual siendo la frecuencia del movimiento oscilatorio del punto. . 1 lx = 1 lm/m2 = 1 cd · sr/m2 El lumen (símbolo: lm) es la unidad del Sistema Internacional de Medidas para medir el flujo luminoso.. una medida de la potencia luminosa percibida. En el caso de los espejos esféricos solo existe un punto focal F=F´=R/2 cuya posición coincide con el punto medio entre el centro del espejo y el vértice del mismo. con lo cual se refracta de manera que sale paralelo . Objeto situado entre el centro de curvatura y el foco. 2. Los espejos planos se utilizan con mucha frecuencia. Después de refractarse pasa por el foco imagen. 3. La imagen es real. Este rayo no se refracta y continúa en la mismas dirección ya que el ángulo de incidencia es igual a cero. Formación de imágenes La construcción de imágenes es muy sencilla si se utilizan los rayos principales: • • • Rayo paralelo: Rayo paralelo al eje óptico que parte de la parte superior del objeto. 4. invertida y situada a la izquierda del centro de curvatura. Su tamaño es mayor que el objeto. invertida y situada entre el centro y el foco. Espejos esfericos Un espejo esférico está caracterizado por su radio de curvatura R. invertida y situada en el mismo punto. Se encontrará a la izquierda del vértice para los espejos cóncavos y a la derecha para los espejos convexos. Son los que usamos cada mañana para mirarnos. Rayo focal: Rayo que parte de la parte superior del objeto y pasa por el foco objeto. Hay que distinguir entre los espejos cóncavos y los convexos: Espejos cóncavos: 1. Después de refractarse pasa por el foco imagen. La imagen es real. Objeto situado en el centro de curvatura. Los rayos reflejados son paralelos y la imagen se forma en el infinito. Objeto situado a la izquierda del centro de curvatura. una imagen que no está distorsionada. Objeto situado en el foco del espejo. Rayo radial: Rayo que parte de la parte superior del objeto y está dirigido hacia el centro de curvatura del dioptrio. Su tamaño es menor que el objeto. Su tamaño igual que el objeto. En ellos vemos nuestro reflejo.Determinacion de imágenes en espejo Espejos planos Un espejo plano es una superficie plana muy pulimentada que puede reflejar la luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz incidente del 95% (o superior) . El aumento del espejo será A =y´/y y dependerá de la curvatura del espejo y de la posición del objeto. . La imagen es real. 5. La imagen es virtual. Su tamaño es mayor que el objeto. Objeto situado a la derecha del foco. y conserva su orientación. Su tamaño es menor que el objeto. Los rayos reflejados son paralelos y la imagen se forma en el infinito. invertida y situada entre el centro y el foco. e) Objeto situado a la derecha del foco. La imagen es real. La imagen es virtual. c) Objeto situado entre el centro de curvatura y el foco. La imagen es real. y conserva su orientación. d) Objeto situado en el foco del espejo. Su tamaño es mayor que el objeto. a) Objeto situado a la izquierda del centro de curvatura. . La imagen es real. invertida y situada en el mismo punto. Su tamaño igual que el objeto. b) Objeto situado en el centro de curvatura. Su tamaño es mayor que el objeto. invertida y situada a la izquierda del centro de curvatura. . Construir la imagen que forma un espejo cóncavo en todas las posiciones posibles de un objeto. derecha y más pequeña que el objeto. UNIVERSIDAD CASTILLA-LA MANCHA. Espejos convexos: Se produce una situación en la que la imagen es virtual. Se produce una situación en la que la imagen es virtual.Problema P. Es el plano central de la lente. * Plano óptico.U. derecha y más pequeña que el objeto. Para observar la formación de rayos pulsa start y cambia la posición del objeto y el radio de curvatura de los espejos. Se puede cambiar entre lentes y espejos Determinacion de imágenes en lentes FORMACION DE IMÁGENES EN LENTES * Para estudiar la formación de imágenes por lentes.A. . es necesario mencionar algunas de las características que permiten describir de forma sencilla la marcha de los rayos. Inversamente. se deben tener presente las siguientes reglas: * Cuando un rayo incide sobre la lente paralelamente al eje.Si el objeto está situado a una distancia del plano óptico comprendida entre 2f y f.Si el objeto está situado a una distancia del plano óptico igual a 2f.Si el objeto está situado respecto del plano óptico a una. Son un par de puntos. * Eje principal. el rayo emergente discurre paralelamente al eje. * Aunque para lentes divergentes se tiene siempre que la imagen resultante es virtual. correspondientes uno a cada superficie. Para proceder a la construcción de imágenes debidas a lentes convergentes. * . * . Es el centro geométrico de la lente. en donde se cruzan los rayos (o sus prolongaciones) que inciden sobre la lente paralelamente al eje principal. cuando un rayo incidente pasa por el foco objeto F. Es la recta que pasa por el centro óptico y es perpendicular al plano óptico. respectivamente).* Centro óptico O. invertida y de mayor tamaño. es la prolongación del rayo emergente la que pasa por el foco objeto F. * Focos principales F y F' (foco objeto y foco imagen. * Lentes convergentes. la imagen es real.Si el objeto está situado a una distancia del plano óptico inferior a f. se obtienen los siguientes resultados: * . la imagen es real. LENTE CONVERGENTE * Cuando se aplican estas reglas sencillas para determinar la imagen de un objeto por una lente convergente. CONSTRUCCIÓN GRAFICA DE IMÁGENES EN LAS LENTES CONVERGENTES . el rayo emergente pasa por el foco imagen F'. la imagen es virtual. invertida y de menor tamaño. Asimismo. cualquier rayo que se dirija a la lente pasando por el centro óptico se refracta sin sufrir ninguna desviación. Tiene la propiedad de que todo rayo que pasa por él no sufre desviación alguna. LENTES DIVERGENTES * La construcción de imágenes formadas por lentes divergentes se lleva a cabo de forma semejante. Finalmente. * . la imagen es real. teniendo en cuenta que cuando un rayo incide sobre la lente paralelamente al eje. directa y de menor tamaño. la aplicación de estas reglas permite obtener fácilmente la imagen de un objeto situado a cualquier distancia de la lente. cualquier rayo que se dirija a la lente pasando por el centro óptico se refracta sin sufrir desviación. el rayo emergente discurre paralelamente al eje. directa y de mayor tamaño. * Distancia focal f. Finalmente y al igual que sucede en las lentes convergentes. Es la distancia entre el centro óptico O y el foco F. invertida y de igual tamaño. cuando un rayo incidente se dirige hacia el foco imagen F' de modo que su prolongación pase por él. Debe . La imagen se puede proyectar en una pantalla plana para diapositivas. La imagen obtenida es: real invertida. generalmente usada en presentación automática. formada a distancia menor que el objeto. invertida. está dada por la prolongación de los rayos refractados. derecha. son aquellas capaces de ser recibidas sobre una pantalla ubicada en tal forma de que entre ella y el objeto quede la lente. no se puede recibir la imagen en una pantalla. * 1º. * 4º. La imagen obtenida es: real. El objeto está en el foco principal. es decir. para visión cercana. El objeto está entre el foco y el doble de la distancia focal. El objeto está entre el foco y el centro óptico. * ¤ Imagen virtual. y también a distancia doble de la focal. Se obtiene una imagen: virtual. mayor. menor. El objeto está a distancia mayor que el doble de la distancia focal.* Imágenes reales. * 3º. formada del lado donde se coloca el objeto. Resulta una imagen: real invertida. y se forma a mayor distancia que el doble de la focal. * 2º. mientras que las más blancas son las menos impresionadas. no se obtiene ninguna imagen Descripcion del funcionamiento de dispositivos opticos La luz pasa a través de la diapositiva y los lentes transparentes. Los haluros de plata del negativo reaccionan a la luz formando diminutos puntitos. y la imagen resultante es agrandada y proyectada hacia una pantalla perpendicular plana para que la audiencia pueda ver su reflejo. * 5º. de igual tamaño. con los colores invertidos. Camara fotografica En esencia. Este proceso da como resultado una imagen negativa. o choque el proyector. la cámara es un cajón oscuro con un agujero por el que entra la luz reflejada por el objeto que fotografiamos para plasmarse sobre un negativo produciendo un proceso químico casi instantáneo. Esta forma de proyección evita que la audición interrumpa los rayos de luz. Las zonas que reciben más luz aparecen más oscuras pues se ha formado un mayor número de cristales. mayor. El objeto está a una distancia doble de la distancia focal. el holandés Huygens opinaba de una forma muy distinta. Las cámaras tienen tres mecanismos de control básicos para regular este proceso y obtener una foto nítida y correctamente expuesta 1. En su misma época. entendía que la luz era de naturaleza ondulatoria. la comunidad de los científicos no tuvo dudas sobre la naturaleza ondulatoria de la luz.. Maxwell sentó uno de los hitos de la Física al establecer la existencia del espectro electromagnético. y llegó a la conclusión de que la luz se transmite a base de partículas o corpúsculos. Adelantado ya el siglo XIX. al tener ocasión de contemplar las ondas en los canales de La Haya. en 1801. y consideró que indicaban una naturaleza inequívocamente corpuscular.El anillo de enfoque: Está situado en el objetivo. aparte de su insigne aportación sobre el comportamiento de la gravedad.El diafragma: Es el agujero por el cual entra la luz.ser positivada mediante el revelado para obtener la copia final con los colores originales. Aunque prevaleció la opinión de Newton. Examinó meticulosamente sus propiedades. Desde entonces.. del que la luz formaba parte. Fue a través del experimento de la doble rendija. Newton. reflexión y refracción. especialmente: propagación en línea recta. ya vemos que desde el principio la controversia estaba servida. que de otra manera podría salir desenfocado al formarse su imagen en un plano anterior o posterior al de la película.Se trata de una larga historia. corroborando todavía más esta naturaleza ondulatoria del fenómeno luminoso. Al girarlo modificamos la distancia entre la lente y el plano de la película. hacía pasar la luz a través de dos rendijas y la proyectaba sobre una pantalla. Se maneja girando otro anillo situado en el objetivo. que era un sabio sobre el tema ondulatorio que había vivido desde su infancia. fue también un investigador del fenómeno luminoso.. lo que se observaba es la típica interferencia de ondas. . determinacion de la naturaleza ondulatoria de la materia LA NATURALEZA ONDULATORIA DE LA MATERIA. En las cámaras réflex es un anillo formado por unas laminillas metálicas que permiten variar el diámetro de la abertura y regular de esta manera la cantidad de luz que entra. Unos cien años después. el inglés Thomas Young dejó bien sentado que la luz se retransmitía en forma de ondas. Yo diría que empieza con Newton. por la claridad y resolución de este sencillo experimento. 2. De esta forma logramos poner a foco el objeto fotografiado. privativa de las ondas. alrededor del año 1700. Huygens. y dejó bien patente esta forma de actuar propia de los corpúsculos o partículas. un profesor de Matemáticas de Praga. Lo cual. corresponde al alejamiento de las mismas. si bien depende de la frecuencia vibratoria. Y todavía el físico austriaco Schrödinger marcó nuevas cotas con una fórmula matemática más sofisticada. a principios del siglo XX (entre 1910 y 1920) y. Pero fueron sobretodo Sipher. precisamente con Plank y Einstein comenzaba la Física Cuántica. del observatorio Monte Wilson. que ha devenido la base de la concepción cuántica. con su famosa ecuación de onda. En contacto con otra realidad virtual adecuada sucede lo que se llama salto cuántico. precisamente. De Broglie. Es lo que se llama constante de Hubble.2 millones de años luz). muchas cosas adquirían una nueva luz. desde servir para calcular la velocidad de un coche hasta permitir explorar la circulación sanguínea de venas o arterias. no estaba en lo cierto cuando entendía que el átomo indivisible era la esencia última de la materia. Pero. Este efecto Doppler para el sonido ha tenido inmensas aplicaciones. si no fuera por esta fuerza expansora. entre ellas la discusión onda – partícula. ya volvía a reintroducir el comportamiento propio de los corpúsculos. Quien sí que estaba en lo cierto era Leibniz cuando decía que la substancia perceptible procede de la imperceptible. esa famosa e = mc2. se apercibe de que no puede ser de otra forma. por una simple regla de tres. LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO. O sea que Demócrito. el efecto Doppler de las ondas luminosas es lo que permite detectar el desplazamiento de las estrellas y galaxias. llamó cuantos a estos paquetes de energía y llamó fotones a los cuantos de luz. en 1929. Pronto se observó además que el efecto Doppler ocurre también con las ondas luminosas. Conociendo esta constante de Hubble y sabiendo que el Universo se expande a la velocidad de la luz. Observó que la energía radiante. . se pude calcular la edad del Universo. de una forma especialmente clara. Hacia 1842. descubrió que las ondas acústicas con el movimiento se deforman. vio que los fotones actuaban claramente como partículas. Johann Christian Doppler.. la ecuación de onda de Schrödinger. del observatorio Lowell. Edwin Hubble.Al iniciarse el siglo XX. Claro que cuando uno va entendiendo la dinámica de la materia. Se calcula que es alrededor de 65 Kms/seg por cada megaparsec (1 megaparsec = 3. estos paquetes enteros. el Universo se expande a velocidades cercanas a la luz. se emite en forma de paquetes enteros de energía. ¿De dónde sacaría la materia su energía?. que da unos 15 mil millones de años. Hubble incluso calculó la velocidad de alejamiento de las galaxias que aumenta en proporción con la distancia. al estudiar el fenómeno fotoeléctrico. que no es otra cosa que la expresión de este paquete de ondas indefinido en una partícula definida. Pero veamos cómo los científicos fueron descubriendo este movimiento sorprendente del Universo. la gran revolución conceptual que iba a sacudir el mundo del pensamiento. La partícula es en esencia un paquete de ondas estacionarias. La ecuación de onda de Schrödinger representa algo así como el núcleo de la teoría cuántica. Max Plank volvió a reabrir el tema. dejó sentado que todas las partículas manifestaban un efecto vibratorio. Y. aumentan su frecuencia a medida que se acercan y la disminuyen a medida que se alejan. Ya en 1868 Sir William Huggins observó el efecto Doppler en las estrellas a través del corrimiento hacia el rojo o el azul en su espectro luminoso. sentando unas nuevas bases que todavía hoy apuntan a dimensiones ignotas y misteriosas. y que define a las partículas como campos vibratorios. Es una realidad virtual que tiene probabilidades de manifestarse como partícula. Y precisamente Einstein. que sentaron que el corrimiento hacia el rojo. que se observaba de forma general en las galaxias lejanas.Parece increíble pero es verdad. y sin embargo. el precursor del concepto de átomo. ladrillos. Este se había definido con anterioridad como la distancia entre dos marcas en una barra de metal resguardada en una bóveda en París. y la luz del sol contiene una línea amarilla (de hecho. las cuales explicaban el movimiento de los objetos celestiales con una asombrosa exactitud. Los espectrómetros se puede equipar con dispositivos ópticos sofisticados llamados "interferómetros". Todos los objetos materiales parecían hechos de partículas demasiado pequeñas para ser vistas. y ellas parecían decir algo acerca de los átomos que las emitían. Así. Al estudiar los átomos. por medio de lo cual los átomos se combinaban para formar moléculas. nuestra existencia y el estado actual del Universo somos la consecuencia. telégrafos y teléfono. Identificacion de la estructura atomica Alrededor del año 1900.) era bien entendida (excepto. de manera local en cualquier laboratorio que estuviera bien equipado. el cual separa la luz que llega a través de una ranura muy angosta. basados en la naturaleza de onda de la luz (tema tratado en una sección opcional al final del plan de lecciones de la sección S-4 [Aún sin traducir]).Hace. quien las generaba a partir de una rápida corriente eléctrica alterna. el "metro". Sustentando todo esto estaban los átomos. emitidos por átomos en el destello de su gas. maquinaria fabricadora de hielo. emitidas por los varios elementos atómicos. fue redefinido en términos de la longitud de onda de una cierta característica espectral. aeronaves y más. pero la nueva definición podía ser reproducida con mayor exactitud. Cuando se reconoció por primera vez la existencia de los átomos. o también como . que llegó el momento que el estándard de la longitud. turbinas de vapor. no eran del todo entendidos. la "física clásica" de los 1800«s no tenía manera de interpretar sus valores. unos 15 mil millones de años tuvo lugar una gran explosión. el big –bang. El helio fue aislado artificialmente en 1895.Estos determinaban las longitudes de onda de aquellas emisiones con una precisión asombrosa -tan exactos. ellos buscan evidencias que puedan ser observadas con gran precisión. una identificación resaltada por el descubrimiento de ondas de radio por Heinrich Hertz. sin embargo.ORIGEN DEL ESPACIO – TIEMPO. por algunos detalles). la física detrás de los enlaces químicos. los cuales sometieron a una prueba sensible las teorías de Newton. muy cercana a las líneas gemelas del sodio). La tecnología seguía muy de cerca este nuevo entendimiento físico y producía unos dividendos enormes. algunos los vieron como pequeñas esferas duras rebotando unas contra otras en un gas. ofreciéndonos motores elécticos. en longitudes de onda). Cuando los físicos se confrontan con lo desconocido y necesitan probar diversas explicaciones.. la infomación precisa parecía estar dentro de las líneas espectrales de longitud de onda. de la que nosotros observamos las consecuencias. como el movimiento de los planetas. y se revelaba que la luz era una onda electromagnética. El movimiento obedecía las Leyes de Newton. se pensaba que la física de los objetos macroscópicos (palos y piedras. pero cuya existencia podría ser deducida de una serie de fenómenos sutiles. "helio" (Helios significa Sol en Griego). pues. separadas muy poco entre sí (ellas son llamadas líneas debido a que así es como aparecen cuando son observadas en un espectrógrafo. finalmente atribuídas a un elemento nuevo. Los fenómenos asociados con los átomos mismos. el sodio destellaba en "líneas" gemelas de naranja-amarillo. por ejemplo. como se supone dijo Lord Kelvin. de colores muy definidos. etc. cada uno de los cuales está asociado con un tipo de átomo específico. El hidrógeno brillaba en rojo. huesos. La electricidad obedecía las leyes de Ampére. Faraday y Maxwell. Sin embargo. Muchos miles de longitudes de ondas fueron medidas. así como la distribución irregular de las velocidades moleculares (o atómicas) en un gas caliente (calculado por Maxwell. de manera particular explicaban muy bien la teoría del calor y de las leyes clásicas de los gases. se deben aplicar las matemáticas. cargadas eléctricamente. y sus leyes fueron estudiadas por Michael Faraday. esta introducción le dirá cómo algunas de las piezas se relacionan unas con otras y le darán un buen punto de partida para lo que venga luego. iones y electrones.pero con las mismas reglas. pero aún entonces. Tal proceso se vino a conocer como electrólisis. Esto no solo produce una corriente eléctrica. Electricidad y átomos. Tomó aproximadamente 30 años (1900 . diferentes partes del compuesto son traídas hacia los dos contactos eléctricos donde la corriente entra o sale de la solución. (Sección adaptada de una nota histórica optativa en Lsun5wav. Inicialmente se esperaba que las leyes de Newton y Maxwell también fueran válidas allí: diferentes jugadores. Si sus planes son estudiar física a mayor detalle. ellas atraen iones positivos en una direction. Pero los átomos tenían más propiedades: tenían componentes cargados eléctricamente. tal vez. gobernando el comportamiento a una escala atómica. Cuando las fuerzas eléctricas son introducidas en dicha solución acuosa. necesitará más. sino que además. permitiendo que diferentes partes de un compuesto químico sean separadas químicamente (a menos que ellas inmediatamente reaccionen químicamente con el agua. El científico Sueco Svante Arrhenius adivinó de manera correcta que algunos químicos. La Serie de Balmer. Los compuestos químicos disueltos en el agua regularmente podían ser disociados con una corriente eléctrica que pasara a través de ellos. moléculas. el agua misma podía se disociada en hidrógeno y oxígeno. mediante descargas eléctricas sobre los gases raros. en un nivel relativamente elevado. Todo esto sugería que un nivel más profundo de la física existía.vibrando al unísono cuando se juntaban en un arreglo regular en un cristal. su "distribución Maxweliana"). Viendo los átomos de un gas como esferas en colisión. Si usted nunca necesitará aplicar la física cuántica. siendo estos los fragmentos atómicos o moleculares que quedan cuando se les desprenden los electrones. y los negativos en dirección opuesta. probablemente encontrará aquí todo lo que necesita saber. -átomos. Repitiendo un punto anterior: Este repaso no es matemático. cuando se disuelven en agua. y antes de que nuevas reglas fueran encontradas que remplazaran a las antiguas. En años posteriores. los físicos lograron separar pequeños electrones cargados negativamente. por lo menos algunas de las moléculas se convierten en "iones".1930) antes de que una nueva generación de físicos se diera cuenta que las reglas también cambiaron al aproximarse a las dimensiones atómicas.htm [Aún sin traducir]) . así como los iones positivos. pero para darle cualquier uso. Puede ayudar a mostrar el patrón general. y también explicaban ideas tan sofisticadas como la segunda ley de la termodinámica. como pasa cuando un intenta separar una solución de sal de mesa). por ejemplo. de las cuales normalmente cuatro se presentan en el registro fotográfico de un espectrógrafo (fueron nombradas con las primeras 4 letras Griegas. Después de que Balmer anunció su serie. y no es una sorpresa.. tal y como se ve en la imagen arriba. β. Pero ellas son fácilmente vistas. un maestro de preparatoria en Basilea. como destellos brillantes contra el fondo de la fotósfera (tal raro evento fue la primera llamarada en ser observada.4.1/n2] donde n= 3. α. La cromósfera es importante porque es el lugar en donde ocurren las expulsiones repentinas de energía asociadas con magnetismo solar -las llamadas llamaradas solares. en forma de anillo. De todos los espectros atómicos. el cual solo transmite la angosta línea Hα y bloquea todo lo demás. En una descarga eléctrica (similar a la de una lámpara de neón) se emite solo una serie de las líneas espectrales. relativamente angosto. dado que el hidrógeno es el más pequeño de todos los átomos.) El valor más bajo de estas "líneas" (n=3) es la línea roja de "hidrógeno alfa" (Hα para abreviar).La primera pista del significado de las líneas espectrales vino en 1885 de Johann Balmer. y su contribución normalmente se ahoga por el mucho mayor brillo de la fotósfera. un físico Sueco que la evaluó. cuya luz es aún más débil. Estas llamaradas se presentan raramente con luz blanca. y R era la "constante de Rydberg" obtenida experimentalmente. la capa más exterior del Sol. Lyman encontró en el rango ultravioleta una serie de líneas 1/λ = R [1 – 1/n2] . sobre dicho anillo está la corona. vista por Richard Carrington en 1859). de acuerdo al orden descendiente de la longitud de onda). donde la Luna bloquea la luz mucho más brillante de la fotósfera. La mayoría de la luz solar se origina en la fotósfera. La siguiente capa exterior. un brillo originalmente visto solamente durante un eclipse total de Sol. cuando se observan a través de un filtro sensible. A través de dichos filtros la actividad de las llamaradas u otros fenómenos solares son regularmente monitoreados y fotografiados. (Una traducción del artículo original de Balmer. el más sencillo. la cromósfera. un destello rojizo se hace visible alrededor del Sol.. Esta se hace visible durante un eclise total del Sol. luego de que la Luna cubre completamente la fotósfera. brilla muy tenuemente en rojo. Como se vió. γ and δ. responsable del dominante color rojo de la cromósfera solar. y presumiblemente. el más simple es el del hidrógeno. la longitud de onda λ (lambda) de cada color emitido ha sido medida con bastante exactitud. la luz en las capas interiores es reabsorbida cerca del lugar donde fue emitida. tal y como se ve a simple vista. y Balmer descubrió que todos los valores cumplían con una fórmula sencilla: 1/λ = R [1/4 . Suiza. en honor a Johann Rydberg.5. La cromósfera emite relativamente poca luz. existe en la red. Entonces. Es de gran interés un aspecto de la Química nuclear que se refiere al estudio de las reacciones en que se producen . y efectos y separaciones isotópicos. a la Química nuclear le corresponde el estudio de las transformaciones radiactivas espontáneas. n. responsable de las emisiones de los colores angostamente definidos o "líneas espectrales". M. La más frecuente es la captura K. da lugar a la conversión de un protón en neutrón. técnicas e industriales.. verificándose un desplazamiento de dos lugares hacia la izquierda en el sistema periódico en el primer caso (emisión a). etc. O si no. La captura por el núcleo de un electrón de las capas electrónicas K.. mediante emisión de radiaciones a o /3. según la ley de corrimiento de Frederick Soddy. lo que significa también un desplazamiento hacia la izquierda en el sistema periódico. proceso inverso a la creación K o incorporación de una partícula /3 a la K inmediata al núcleo.. acciones químicas de las radiaciones ionizantes.) Las regularidades de estas series parecían como una pista a los procesos dentro del átomo.2. indicadores radiactivos. L.de las cuales la línea "Lyman α" es prominentemente particular en el destello de la atmósfera exterior de la Tierra fotografiada por los astronautas desde la Luna. así como aplicaciones analíticas. y de uno a la derecha en el segundo (emisión a). 1/λ = R [1/9 – 1/n2] sugiriendo que todas ellas pertenecen a una sola familia con 1/λ = R [1/n2 – 1/m2] ( m>n. fenómenos de fluorescencia y coloración inducidos. geológicas y astrofísicas. También incluye el estudio de una serie de notables aplicaciones geoquímicas.m = 1. electroquímicas. efectos biológicos de las radiaciones. En un sentido amplio. David P. radioelementos naturales. cambios isotópicos. Stern Traducción al español por Horacio Chávez Correo al Dr. regrese a la sección #6 de física relativa al Sol: (S-6) Viendo el Sol bajo una nueva luz Línea del Tiempo Glosario De regreso a la lista maestra Autor y Curador: Dr. También Paschen encontró una serie de líneas en el rango infrarojo. bioquímicas y fisiológicas.Stern: stargaze("at" symbol)phy6.. ¿Pero cuál era el mensaje? Siguiente parada: (Q-3) Niveles atómicos de energía. elementos transuránicos.org Transformaciones nucleares Las transformaciones nucleares se pueden producir de una manera espontánea.3.. Frederick Soddy propuso la teoría que 'la radioactividad es el resultado de un cambio natural de un isotopo de un elemento hacia un isotopo de un elemento diferente. hay la posibilidad de dos procesos que dejan libre un protón Indentificacion de las reacciones nucleares Las reacciones químicas tradicionales ocurren como resultado de la interacción entre la valencia de electrones alrededor del núcleo del átomo. Marie Sklodowska Curie empezó a estudiar la radioactividad y completó en gran medida el primer trabajo sobre cambios nucleares. (Nota: en la química nuclear. y propuso que la radiación era una propiedad de los átomos (al contrario a una propiedad química de un compuesto). los símbolos de los elementos tradicionalmente van precedidos de su peso atómico (arriba a la derecha) y el número atómico (arriba a la izquierda)). por lo tanto un cambio de un protón resulta en un cambio de un átomo). Poco después del descubrimiento de Becquerel. Hay tres tipos comunes de radiación y cambios nucleares: 1. Un ejemplo de una transmutación a tiene lugar cuando el uranio decae hacie el elemento torio (Th) emitiendo una partícula alpha tal como se ve en la siguiente ecuación: 238 U 92 2 4 He + 90 234 Th 2. de la colisión de una partícula alfa (a) con un núcleo de nitrógeno. Una ) Cuando un partícula a contiene 2 protones y 2 neutrones (y es similar a un núcleo He: átomo emite una partícula a. Todos los elementos más pesados que el bismuto (Bi) (y algunos más livianos) exiben una radioactividad natural y por consiguiente pueden 'decaer en' hacia elementos más livianos. Al contrario que las reacciones químicas normales que forman moléculas. la masa atómica del átomo disminuirá cuatro unidades (ya que 2 protones y 2 neutrones están perdidos) y el número atómico (z) disminuirá 2 unidades. las reacciones nucleares resultan en la transmutación de un elemento en un isotopo diferente o en un elemento diferente (recuerde que el número de protones de un átomo define el elemento. La Radiación Alpha (a) es la emisión de una partícula alpha del núcleo de un átomo. compartido con su esposo Pierre y con Becquerel por descubrir la radioactividad. expandió el campo de la química para incluir los cambios nucleares cuando descubrió que el uranio emitía radiación.' Las reacciones nucleares incluyen cambios en las partículas del núcleo de un átomo y por consiguiente causan un cambio en el átomo mismo. . Se dice que el elemento se 'transmuta' en otro elemento que es 2 z unidades más pequeño.elementos nuevos. Así. Marie Curie fue la primera mujer en ganar el Premio Nobel y la primera persona en ganar dos (el primero. Radiación y Reacciones Nucleares En 1902. En 1896. y el segundo por descubrir los elementos radioactivos radio y polonio). Henri Becquerel. Curie descubrió que la radiación era proporcional a la cantidad de elementos radioactivos presentes. 3. Ninguna partícula es emitida durante la radiación gamma. la ½ del bismuto restante disminuirá y nos quedarán 25g de bismuto y 75g de talio en la jarra. La Radiación Beta(b) es la transmutación de un neutrón (seguido de la emisión de un ). emitidos durante la disminución beta del cobalto60. Por ejemplo. la reacción procede en mitades. Si iniciamos un experimento comenzando con 100g de bismuto en un contenedor con la tapa cerrada. son un ejemplo común de la radiación gamma: Vida Media La disminución radioactiva procede de acuerdo a un principio llamado vida media. y simultáneamente. el elemento radioactivo bismuto (210Bi) puede experimentar disminución alpha para formar el elemento talio (206Tl) con una reacción de vida media igual a 5 días. la radiación g es emitida generalmente durante. La vida media(T½) es la cantidad de tiempo necesaria para la disminución de la ½ del material radioactivo. Cuando un átomo emite una partícula b. sin embargo el número atómico aumentará l (porque el neutrón se transmutó en un protón adicional). Después de otros 5 días (10 desde el principio). Los rayos X. Tal como está ilustrado. con la mitad de lo que sobra del elemento radioactivo disminuirá su vida media en cada período. después de 5 días tendremos 50g de bismuto y 50g de talio en la jarra. La Radiación Gamma (g) incluye la emisión de energía electromagnética (similar a la energía proveniente de la luz) de un núcleo de un átomo. Un ejemplo de esta descenco del isotopo de carbón llamado carbón-14 en el elemento nitrogeno es el siguiente: 14 C 6 0 -1 14 e + 7 N 4. Sin embargo. a la disminución radioactiva a o b. y por consiguiente la radiación gamma no causa en sí misma la transmutación de los átomos. la masa del átomo electrón del núcleo del átomo : no cambiará (puesto que no hay cambio en el número total de partículas nucleares). . Disminución Radioactiva del Bismuto-210 (T½ = 5 días) La fracción del material original que sobra después de la disminución radioactiva puede ser calculada usando la ecuación: 1 2n Fracción sobrante = (donde n = # de vida media transcurrida) La cantidad de material radioactivo que sobra después de un número dado de vida media es por consiguiente: Cantidad sobrante = Cantidad Original * Fracción sobrante La reacción de disminución y el T½ de una substancia son específicas al isotopo de un elemento que experimenta una disminución radioactiva. y el Bi208 experimenta otro modo de disminución radioactiva (llamada captura del electrón) con un T½ de 368.000 años! Las Reacciones Nucleares Artificiales Mientras que muchos elementos experimentan disminución radioactiva naturalmente. Por ejemplo. Hay dos tipos de reacciones nucleares artificiales: 1) La Fisión Nuclear: son reacciones en las cuales un núcleo de un átomo se divide en partes más pequeñas. Bi210 puede experimentar un decaer a a Tl206 con un T½ de 5 días.6 minutos. soltando una gran cantidad de energía en el proceso. . experimenta un decaer b al Po215 con un T½ de 7. ¡Comparativamente. Comúnmente esto ocurre al 'lanzar' un neutrón en el núcleo de un átomo. las reacciones nucleares puede también ser estimuladas artificialmente. La energía del neutrón en forma de 'bala' provoca la división del blanco en dos (o más) elementos que son menos pesados que el átomo original. el Bi215.