Luz
Se llama luz (del latín lux, lucís) a la parte de la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye todo el campo de la radiación conocido como espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible señala específicamente la radiación en el espectro visible.
La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones.
El estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar con la materia, que permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza.
1.- ¿Qué es la luz?
La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas. Las
ondas que se pueden propagar en el vacío se llaman ondas
electromagnéticas. La
luz es una radiación electromagnética.
Características de
las ondas electromagnéticas
Las ondas
electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de 300000 km/s, que se conoce como
"velocidad de la luz en el vacío" y se simboliza con la
letra c (c = 300,000 km/s).
En
cualquier otro medio, la velocidad de la luz es inferior.
La
energía transportada por las ondas es proporcional a su frecuencia, de modo que
cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor es su energía.
2.-
La luz se propaga en línea recta
La luz se propaga en
línea recta. La línea recta que representa la dirección y el sentido de la
propagación de la luz se denomina rayo de luz (el rayo es una representación,
una línea sin grosor, no debe confundirse con un haz, que sí tiene grosor).
Un hecho que demuestra
la propagación rectilínea de la luz es la formación de sombras. Una sombra es
una silueta oscura con la forma del objeto
2.1.- La luz se refleja
La
reflexión de la luz se representa por medio de dos rayos: el que llega a una
superficie, rayo incidente, y el que sale "rebotado" después de
reflejarse, rayo reflejado.
Si se
traza una recta perpendicular a la superficie (que se denomina normal), el rayo
incidente forma un ángulo con dicha recta, que se llama ángulo de
incidencia.
La
reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminosos
al chocar contra la superficie de los cuerpos. La luz reflejada sigue
propagándose por el mismo medio que la incidente.
La
reflexión de la luz cumple dos leyes:
- El
rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano perpendicular
a la superficie.
- El
ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
2.2.- La luz se refracta
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.
Reflexión
La reflexión es el cambio de dirección de una onda, que al estar en contacto con la superficie de separación entre dos medios cambiantes, regresa al punto donde se originó. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua.
REFLEXIÓN DE LA LUZ Y SUS LEYES
La luz es una manifestación de energía. Gracias a ella las imágenes pueden ser reflejadas en un espejo, en la superficie del agua o un piso muy brillante. Esto se debe a un fenómeno llamado reflexión de la luz. La reflexión ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una superficie chocan en ella, se desvían y regresan al medio que salieron formando un ángulo igual al de la luz incidente, muy distinta a la refracción.
Es el cambio de dirección, en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una superficie. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:
1a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.
2a. ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
ESPEJOS
Un espejo (del lat. specullum) es una superficie pulida en la que al incidir la luz, se refleja siguiendo las leyes de la reflexión.
El ejemplo más sencillo es el espejo plano. En este último, un haz de rayos de luz paralelos puede cambiar de dirección completamente en conjunto y continuar siendo un haz de rayos paralelos, pudiendo producir así una imagen virtual de un objeto con el mismo tamaño y forma que el real. La imagen resulta derecha pero invertida en el eje normal al espejo.
También existen espejos curvos que pueden ser cóncavos o convexos. En un espejo cóncavo cuya superficie forma un paraboloide de revolución, todos los rayos que inciden paralelos al eje del espejo, se reflejan pasando por el foco, y los que inciden pasando por el foco, se reflejan paralelos al eje.
Los espejos son objetos que reflejan casi toda la luz que choca contra su superficie debido a este fenómeno podemos observar nuestra imagen en ellos.
Para una imagen formada por un espejo parabólico (o esférico de pequeña abertura, donde sea válida la aproximación paraxial) se cumple que: 
en la que f es la distancia del foco al espejo, s la distancia del objeto al espejo y s' la distancia de la imagen formada al espejo, se lee: «La inversa de la distancia focal es igual a la suma de la inversa de la distancia del objeto al espejo con la inversa de la distancia de la imagen al espejo».
y 
en la que m es la magnificación o agrandamiento lateral.
El ejemplo
más sencillo es el espejo plano. En este último, un haz de rayos de luz
paralelos puede cambiar de dirección completamente en conjunto y continuar
siendo un haz de rayos paralelos, pudiendo producir así una imagen
virtual de un objeto con el mismo tamaño y forma que el real.
Los espejos
son objetos que reflejan casi toda la luz que choca contra su superficie debido
a este fenómeno podemos observar nuestra imagen en ellos.
ESPEJOS CÓNCAVOS
Los espejos cóncavos hacen
converger los rayos luminosos paralelos. Se usan en los focos de los vehículos.
Al colocar una ampolleta en el foco, los rayos salen paralelos. Se pueden
producir imágenes reales y virtuales, dependiendo de la ubicación del objeto.
Una imagen
real se forma por intersección real de los rayos reflejados.
Una imagen virtual se forma en la intersección de las
proyecciones de los rayos reflejados.
Se usan en linternas, faroles y faros de automóviles, en los
que se coloca la luminaria en el foco para que los rayos de luz se reflejen
paralelos; también se utilizan en espejos para dentistas, telescopios.
ESPEJOS CONVEXO
Los espejos
convexos hacen diverger los rayos luminosos paralelos. Se suele usar en
supermercados y bancos como una manera de tener una vista de amplio espectro.
En un espejo convexo sólo se forman imágenes virtuales.
En los espejos convexos los rayos luminosos cumplen las
leyes de la reflexión, por lo tanto los rayos que inciden paralelos al eje
principal, se separan, divergen, por lo cual a estos espejos se los denomina
también divergentes.
La imagen obtenida resulta virtual, derecha y menor que el
objeto.
A medida que el objeto
se aleja del espejo el tamaño de la imagen es cada vez menor.
TRAYECTORIA DE
LOS RAYOS EN LOS
ESPEJOS CÓNVEXOS
1.Todo rayo
paralelo al eje principal de un espejo convexo se refleja de modo que su
prolongación pasa por el foco principal.
2.Todo
rayo que incide sobre un espejo convexo en dirección al foco principal, se
refleja paralelo al eje principal.
3.Todo
rayo que incide sobre un espejo convexo en dirección al centro de
curvatura, se refleja sobre sí mismo.
LENTES
Las lentes son objetos transparentes (normalmente de vidrio), limitados por dos superficies, de las que al menos una es curva.
Las lentes más comunes están basadas en el distinto grado de refracción que experimentan los rayos al incidir en puntos diferentes del lente. Entre ellas están las utilizadas para corregir los problemas de visión en gafas, anteojos olentillas. También se usan lentes, o combinaciones de lentes y espejos, en telescopios y microscopios, con la función de servir como objetivos como oculares. El primer telescopio astronómico fue construido por Galileo Galilei usando unalente convergente (lente positiva) como objetivo y otra divergente (lente negativa) como ocular. Existen también instrumentos capaces de hacer converger o divergir otros tipos de ondas electromagnéticas y a los que se les denomina también lentes. Por ejemplo, en los microscopios electrónicos las lentes son de carácter magnético.
En astrofísica es posible observar fenómenos de lentes gravitatorias, cuando la luz procedente de objetos muy lejanos pasa cerca de objetos masivos, y se curva en su trayectoria.
Lente convergente
Cuando se aplican estas reglas sencillas para determinar la imagen de un objeto por una lente convergente, se obtienen los siguientes resultados:
- Si el objeto está situado respecto del plano óptico a una, la imagen es real, invertida y de menor tamaño.
- Si el objeto está situado a una distancia del plano óptico igual a 2f, la imagen es real, invertida y de igual tamaño.
- Si el objeto está situado a una distancia del plano óptico comprendida entre 2f y f, la imagen es real, invertida y de mayor tamaño.
- Si el objeto está situado a una distancia del plano óptico inferior a f, la imagen es virtual, directa y de mayor tamaño.
Lentes divergentes.
La construcción de imágenes formadas por lentes divergentes se lleva a cabo de forma semejante, teniendo en cuenta que cuando un rayo incide sobre la lente paralelamente al eje, es la prolongación del rayo emergente la que pasa por el foco objeto F. Asimismo, cuando un rayo incidente se dirige hacia el foco imagen F' de modo que su prolongación pase por él, el rayo emergente discurre paralelamente al eje. Finalmente y al igual que sucede en las lentes convergentes, cualquier rayo que se dirija a la lente pasando por el centro óptico se refracta sin sufrir desviación.
Aunque para lentes divergentes se tiene siempre que la imagen resultante es virtual, 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.
LENTES CONVERGENTES
En los lentes convergentes las imágenes pueden ser reales o virtuales. Fórmula:
LENTES DIVERGENTES
En las lentes divergentes las imágenes siempre resultan virtuales, de igual sentido y situados entre la lente y el objeto.
Lentes divergentes. Fórmula:
CORRIENTE DIRECTA O CONTINUA
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La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente eléctrica.
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Fuentes suministradoras de corriente directa o continua. A la izquierda, una batería de las comúnmente utilizada en los coches y todo tipo de vehículo motorizado. A la derecha, pilas de amplio uso, lo mismo en linternas que en aparatos y dispositivos eléctricos y electrónicos.
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Es importante conocer que ni las baterías, ni los generadores, ni ningún otro dispositivo similar crea cargas eléctricas pues, de hecho, todos los elementos conocidos en la naturaleza las contienen, pero para establecer el flujo en forma de corriente eléctrica es necesario ponerlas en movimiento.
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El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de las moléculas de un líquido, cuando al ser impulsadas por una bomba circulan a través de la tubería de un circuito hidráulico cerrado.
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Las cargas eléctricas se pueden comparar con el líquido contenido en la tubería de una instalación hidráulica. Si la función de una bomba hidráulica es poner en movimiento el líquido contenido en una tubería, la función de la tensión o voltaje que proporciona la fuente de fuerza electromotriz (FEM) es, precisamente, bombear o poner en movimiento las cargas contenidas en el cable conductor del circuito eléctrico. Los elementos o materiales que mejor permiten el flujo de cargas eléctricas son los metales y reciben el nombre de “conductores”.
Una rama es un solo elemento, ya sea si este es activo o pasivo. En otras palabras, una rama representa a cualquier elemento de dos terminales.
Un nodo es un punto de conexión entre dos o más ramas. Comúnmente un nodo es representado con un punto en un circuito. Si un cortocircuito conecta a dos nodos, estos son vistos como un solo nodo.
Una malla o lazo es cualquier trayectoria cerrada en un circuito. Un lazo inicia en un nodo, pasa por un conjunto de nodos y retorna al nodo inicial sin pasar por ningún nodo más de una vez.
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| Figura 1. Circuito con nodos, ramas y mallas. |
Se dice que un lazo es independiente si contiene al menos una rama que no forma parte de ningún otro lazo independiente. Los lazos o trayectorias independientes dan por resultado conjuntos independientes de ecuaciones.
Una red con b ramas, n nodos y l lazos independientes satisface el teorema fundamental de la topología de redes:
CONEXIÓN DE ELEMENTOS
Dos elementos están en serie si comparten exclusivamente un solo nodo y conducen en consecuencia la misma corriente. La conexión serie consta de elementos conectados secuencialmente terminal con terminal.
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| Figura 2. Conexión en serie en un circuito. |
Dos o más elementos están en paralelo si están conectados a los dos mismos nodos y tienen en consecuencia la misma tensión entre sus terminales. La conexión en paralelo consta de elementos conectados al mismo par de terminales.
Sin embargo hay conexiones en donde no se distingue si el elemento esta en serie o en paralelo.
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| Figura 3. Conexión en paralelo en un circuito. |
Corriente alterna
Figura 1: Forma sinusoidal.
Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal (figura 1), puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.
Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.
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