03 Nov
Ondas Electromagnéticas y la Luz
Una onda electromagnética es una perturbación generada por una carga eléctrica oscilante que transporta energía mediante campos eléctricos y magnéticos perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación. Se mueven a la velocidad de la luz en el vacío (c = 3 x 10^8 m/s) y están representadas en el espectro electromagnético. La relación entre los valores numéricos de E y B es v = E/B.
Índice de Refracción
El índice de refracción (n) en un medio se define como el cociente entre las velocidades de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en dicho medio (que será menor): n = c/v. Como la velocidad en cualquier medio (que no sea el aire o el vacío) va a ser menor, el índice de refracción siempre será mayor que uno.
Leyes de Snell
Reflexión
La reflexión de la luz ocurre cuando esta cambia de dirección al encontrarse con una superficie entre dos medios de distinto índice de refracción, manteniendo el plano de incidencia y con ángulos de incidencia y reflexión iguales, según las leyes de Snell.
Refracción
La refracción de la luz implica un cambio en la velocidad y dirección de propagación al pasar entre medios con diferentes índices de refracción, conforme a las leyes de Snell. Estas leyes establecen que los rayos incidente, refractado y la normal yacen en el mismo plano, y que el producto del índice de refracción por el seno del ángulo es constante, determinando si el rayo se acerca o aleja de la normal según los índices de refracción relativos.
Reflexión Total y Ángulo Límite
Cuando un rayo luminoso incide en la superficie de separación de dos medios transparentes, cumpliéndose que n₁ > n₂, puede ocurrir el fenómeno de la reflexión total si incidimos con un ángulo llamado ángulo límite. En este caso, el rayo luminoso no entra al otro medio.
Formación de Imágenes en Espejos Planos
El rayo que sale del objeto e incide perpendicularmente en el espejo se refleja sin desviarse. El rayo que incide en el espejo con un ángulo de incidencia se refleja con un ángulo de reflexión igual al ángulo de incidencia, según la segunda ley de Snell para la reflexión.
Conceptos Clave en Óptica
Difracción
Ocurre cuando una onda choca con un obstáculo u orificio de dimensiones similares a su longitud de onda. Esto distorsiona el frente de ondas, propagándose en todas direcciones alrededor del obstáculo. Este fenómeno se explica mediante el principio de Huygens. Es común en el sonido, permitiendo que se escuche alrededor de obstáculos, pero no en la luz visible, cuya longitud de onda es mucho menor.
Dispersión
La dispersión de la luz se produce cuando un haz de luz blanca atraviesa un prisma, separándose en sus colores componentes debido a la variación del índice de refracción con la longitud de onda. Cada color se desvía con un ángulo diferente según la Ley de Snell de la refracción. Este fenómeno explica la formación del arcoíris al refractarse la luz solar en las gotas de agua suspendidas en el aire, actuando como prismas ópticos naturales.
Polarización
Consiste en seleccionar una única dirección de vibración de la onda. Se puede polarizar la luz blanca, seleccionando una única dirección de vibración de los campos magnéticos y eléctricos. El sonido no puede polarizarse, porque es una onda longitudinal.
Física Cuántica
Hipótesis de Broglie
Se acepta la naturaleza dual onda-corpúsculo para la materia. De Broglie asignó en su hipótesis una longitud de onda a cada partícula en movimiento. Para observar fenómenos ondulatorios en partículas (difracción e interferencia), estas deben ser muy pequeñas, como los electrones, demostrado por Young con el experimento de la doble rendija.
Principio de Incertidumbre de Heisenberg
No es posible determinar simultáneamente el valor de la posición (X) y del momento lineal (P) de un objeto cuántico con absoluta precisión.
Radioactividad
La radioactividad es la emisión de radiaciones ionizantes por sustancias radioactivas. Se origina en el núcleo atómico y existen tres tipos de emisiones: partículas alfa (núcleos de helio), partículas beta (electrones o positrones) y radiación gamma (radiación electromagnética).
El Núcleo Atómico y Energía de Enlace
El núcleo atómico está formado por protones y neutrones. La energía de enlace de un núcleo es la energía que se libera al unirse los protones y neutrones que lo forman. La masa de un núcleo es siempre inferior a la suma de las masas de los protones y neutrones que lo forman. La diferencia se llama defecto de masa.
Fuerzas Fundamentales de la Naturaleza
- Fuerza gravitatoria: Es la menos intensa, pero su alcance es infinito. La sienten todas las partículas con masa y es de carácter atractiva.
- Fuerza electromagnética: La sienten las partículas con carga eléctrica, puede ser atractiva o repulsiva. Tiene alcance infinito.
- Fuerza nuclear fuerte: Es la responsable de mantener unidos a los protones y neutrones en el núcleo. Es la más intensa, pero de muy corto alcance.
- Fuerza nuclear débil: Afecta a todas las partículas y es de muy corto alcance. Es la responsable de la desintegración beta.
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