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El efecto Doppler es un fenómeno físico donde un aparente cambio de frecuencia de onda es presentado por una fuente de sonido con respecto a su observador cuando esa misma fuente se encuentra en movimiento. Este fenómeno lleva el nombre de su descubridor, Christian Andreas Doppler, un matemático y físico austríaco que presentó sus primeras teorías sobre el asunto en 1842.

El sonido Para poder entender de qué se trata el efecto Doppler primero debemos entender algunos principios básicos de la física y el sonido.

Primero que nada debemos aclarar que el sonido viaja en ondas, estas ondas a su vez viajan a una velocidad bastante rápida, más exactamente a 331,5 m/s. Es claro que esta velocidad varía dependiendo del medio por el que viaja, así por ejemplo la velocidad antes mencionada corresponde al sonido que viaja a través del aire.

Seguramente alguna vez hayas visto una onda de sonido, tal vez en la televisión o en algún programa de manipulación de sonido. Bueno, estas ondas que crecen y decrecen son realmente lo que nuestro oído escucha. Pueden variar y no ser constantes como mostraremos en el ejemplo del efecto Doppler más abajo.

El efecto Doppler El efecto Doppler no es simplemente funcional al sonido, sino también a otros tipos de ondas, aunque los humanos tan solo podemos ver reflejado el efecto en la realidad cuando se trata de ondas de sonido.

El efecto Doppler es el aparente cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente en relación a su observador. Si queremos pensar en un ejemplo de esto es bastante sencillo.

Seguramente más de una vez hayas escuchado la sirena de un coche policía o de una ambulancia pasar frente a ti. Cuando el sonido se encuentra a mucha distancia y comienza a acercarse es sumamente agudo hasta que llega a nosotros.

efecto doppler CHARLY WHISKY/WIKIMEDIA Cuando se encuentra muy cerca nuestro el sonido se hace distinto, lo escuchamos como si el coche estuviera parado. Luego cuando continúa su viaje y se va alejando lo que escuchamos es un sonido mucho más grave.

Esto ocurre ya que las ondas aparentan comenzar a juntarse al mismo tiempo que el coche se dirige hacia una dirección. La imagen de abajo explica mejor esta idea sobre las ondas y la velocidad de los coches.

5 Efecto Doppler

El efecto Doppler en ondas sonoras se refiere al cambio de frecuencia que sufren las ondas cuando la fuente emisora de ondas y/o el observador se encuentran en movimiento relativo al medio. La frecuencia aumenta cuando la fuente y el receptor se acercan y disminuye cuando se alejan.

En las siguientes simulaciones puede observarse el efecto Doppler. Se considera que el emisor emite ondas de forma continua pero solamente se representan los sucesivos frentes de ondas, circunferencias centradas en el emisor, separados por un periodo, de un modo semejante a lo que se puede observar en la experiencia en el laboratorio con la cubeta de ondas.

Instrucciones La velocidad de propagación del sonido en el medio está fijada en una unidad vs = 1, y el periodo de las ondas es también la unidad, de modo que los sucesivos frentes de onda se desplazan una unidad de longitud en el tiempo de un periodo, es decir, la longitud de las ondas emitidas es una unidad le = 1.

Observador en reposo (vo = 0)

Empezamos por el caso más sencillo, en el que el observador está en reposo, a la izquierda o a la derecha del emisor de ondas. Vamos a estudiar diversas situaciones dependiendo de la

velocidad del emisor.

Introducir en el control de edición titulado Velocidad del emisor el factor por el que se desea multiplicar la velocidad del sonido, para los casos que se detallan más abajo.

Pulsar los controles de edición Empieza, Pausa y Paso para iniciar la simulación, detenerla o ralentizarla.

Emisor en reposo (ve = 0)

Observar cómo se dibujan los sucesivos frentes, de ondas que son circunferencias separadas una longitud de onda, centradas en el emisor. El radio de cada circunferencia es igual al producto de la velocidad de propagación por el tiempo transcurrido desde que fue emitido.

Comprobar que la longitud de onda medida por el emisor y por el observador (distancia entre dos frentes de onda consecutivos) es la misma, una unidad, le = lo = 1.

Emisor en movimiento (ve < vs)

Considerar el caso de que la velocidad del emisor ve sea menor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (ve < 1).

Verificar que si el movimiento del emisor va de izquierda a derecha (velocidades positivas), la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha es más pequeña que la unidad, y la longitud de onda medida por el observador situado a la izquierda del emisor es mayor que la unidad.

Observador situado a la derecha del emisor lo < le

Observador situado a la izquierda del emisor lo > le

Como l = v/f , hay una relación inversa entre longitud de onda y frecuencia.

Observador situado a la derecha del emisor fo > fe

Observador situado a la izquierda del emisor fo < fe

Si el emisor emite ondas sonoras, el sonido escuchado por el observador situado a la derecha del emisor, será más agudo y el sonido escuchado por el observador situado a la izquierda será más grave. En otras palabras, cuando el emisor se acerca al observador, éste escucha un sonido más agudo, cuando el emisor se aleja del observador, éste escucha un sonido más grave.

Pulsar el botón titulado Pausa, a fin de congelar la imagen de los sucesivos frentes de onda y reproducirla fácilmente en papel utilizando la regla y el compás (por ejemplo, en el caso en que la velocidad del emisor sea ve = 0.5). En un periodo de tiempo, el frente de ondas se desplaza una longitud de onda (una unidad) mientas que el emisor se desplaza en el mismo tiempo media longitud de onda (media unidad).

Pulsar sucesivamente en el botón titulado Paso, y medir el periodo o intervalo de tiempo que transcurre para el observador en el paso de dos frentes de ondas consecutivos. La inversa de las cantidades medidas da las frecuencias de las ondas para el observador situado a la izquierda del emisor y para el situado a su derecha.

Emisor en movimiento (ve = vs)

Comprobar que cuando la velocidad del emisor ve es igual que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (ve = 1), la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha del emisor es cero. Si el emisor es un avión que va a la velocidad del sonido, los sucesivos frentes de las ondas emitidas se agrupan en la punta o morro del avión.

Emisor en movimiento (ve > vs)

Verificar que cuando la velocidad del emisor ve es mayor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (ve > 1), el movimiento ondulatorio resultante es una onda cónica (la envolvente de los sucesivos frentes de onda es un cono con el vértice en el emisor). Esta onda se

llama onda de Mach u onda de choque, y no es más que el sonido repentino y violento que oímos cuando un avión supersónico pasa cerca de nosotros. Estas ondas se observan también en la estela que dejan los botes que se mueven con mayor velocidad que las ondas superficiales sobre el agua.

Observador en movimiento (ve < vs y vo< vs)

Considerar solamente el caso en el que la velocidad del emisor y la velocidad del observador es menor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio.

Introducir las velocidades del emisor en el control de edición Velocidad emisor y del observador en su correspondiente control de edición Velocidad observador. Las cantidades introducidas deben de ser menores que la unidad en valor absoluto, positivas en el caso del emisor y positivas o negativas en el caso del observador.

Comprobar que el efecto Doppler se debe al movimiento relativo del observador con respecto al emisor, haciendo que el observador y el emisor se muevan con la misma velocidad y en la misma dirección.

Medir el tiempo que tarda en pasar al emisor dos frentes de onda consecutivos, y compararlo con el periodo de las ondas emitidas (una unidad de tiempo). ¿Coinciden ambas cantidades?. Para medir dichos intervalos de tiempo, utilizar los botones Pausa/Continua y Paso.

Absorción

Cuando una onda sonora llega a una pared rígida (ideal) se refleja totalmente ya que la pared no se mueve y no absorbe energía de la onda. Las paredes reales no son nunca completamente rígidas, por lo que pueden absorber parte de la energía de las ondas incidentes.

Reflexión y refracción. Transmisión

Cuando una onda incide sobre una superficie límite de dos medios, de distintas propiedades mecánicas, ópticas, etc, parte de la onda se refleja, parte se disipa y parte se transmite. La velocidad de propagación de las ondas, v, cambia al pasar de un medio a otro, pero no cambia la frecuencia angular w.

Cuando la onda incidente llega formando con la superficie límite un ángulo cualquiera, la onda transmitida modifica su dirección original acercándose o alejándose de la normal. A esta desviación del rayo transmitido se le denomina refracción.

Reflexión y transmisión de ondas

En la siguiente simulación se representa un movimiento ondulatorio que se propaga a lo largo de dos cuerdas, de diferente densidad lineal de masa y bajo la misma tensión, unidas en el origen. La velocidad de propagación de las ondas cambia al pasar de una cuerda a otra, pero no cambia la frecuencia. En la primera región, de color blanco, puede verse la superposición del movimiento ondulatorio incidente y reflejado, dibujada como una línea de color azul. En la segunda región, de color rosa, se visualiza el movimiento ondulatorio transmitido, dibujado como una línea de color azul. Puede observarse que en el punto de discontinuidad, el origen, la función que describe el movimiento ondulatorio es continua.

Asimismo, se representan en la región de la izquierda, el movimiento ondulatorio incidente y el reflejado, en los colores que se indican en la parte inferior de la simulación.

Instrucciones Introducir en el control de edición denominado Frecuencia la frecuencia del movimiento ondulatorio.

Introducir en el control de edición Velocidad medio 1 la velocidad de propagación de las ondas

en el medio1 (situado a la izquierda): v1. Introducir en el control de edición Velocidad medio2 la velocidad de propagación de las ondas en el medio 2 (situado a la derecha): v2.

Pulsar el botón titulado Empieza, para comenzar la animación.

Observar que la onda transmitida siempre está en fase con la onda incidente. Sin embargo, la onda reflejada puede estar en fase o en oposición de fase dependiendo de que la velocidad de propagación en el segundo medio sea mayor que en el primero o al contrario.

Pulsar el botón titulado Pausa para detener momentáneamente la animación y medir las longitudes de onda de la onda incidente, reflejada y trasmitida. Pulsar el mismo botón titulado ahora Continua, para proseguir la animación.

Pulsar repetidamente el botón titulado Paso para acercar los nodos de la onda a las divisiones de la regla horizontal, a fin de medir su longitud de onda.

Comprobar que la relación entre las longitudes de onda en el primer medio y en el segundo medio es la misma que la relación entre velocidades de propagación en ambos medios: (l1/l2) = (v1/v2).

Pulsar el botón titulado Pausa para detener momentáneamente la animación y medir las amplitudes de la onda incidente, reflejada y trasmitida.

Comprobar que la relación entre las amplitudes de las ondas transmitida e incidente es 2v2/(v1 + v2).

Comprobar que la relación entre las amplitudes de las ondas reflejada e incidente es (v1 - v2)/ (v1 + v2). Difracción

La difracción consiste en que una onda puede rodear un obstáculo o propagarse a través de una pequeña abertura. Aunque este fenómeno es general, su magnitud depende de la relación que existe entre la longitud de onda y el tamaño del obstáculo o abertura. Si una abertura (obstáculo) es grande en comparación con la longitud de onda, el efecto de la difracción es

pequeño, y la onda se propaga en líneas rectas o rayos, de forma semejante a como lo hace un haz de partículas. Sin embargo, cuando el tamaño de la abertura (obstáculo) es comparable a la longitud de onda, los efectos de la difracción son grandes y la onda no se propaga simplemente en la dirección de los rayos rectilíneos, sino que se dispersa como si procediese de una fuente puntual localizada en la abertura.

Las longitudes de onda del sonido audible están entre 3 cm y 12 m, y son habitualmente grandes comparadas con los obstáculos y aberturas (por ejemplo puertas o ventanas), por lo que la desviación de las ondas rodeando las esquinas es un fenómeno común. Difracción

La difracción es junto con la interferencia un fenómeno típicamente ondulatorio. La difracción se observa cuando se distorsiona una onda por un obstáculo cuyas dimensiones son comparables a la longitud de onda. El caso más sencillo corresponde a la difracción Fraunhofer, en la que el obstáculo es una rendija estrecha y larga, de modo que podemos ignorar los efectos de los extremos. Supondremos que las ondas incidentes son normales al plano de la rendija, y que el observador se encuentra a una distancia grande en comparación con la anchura de la misma.

De acuerdo con el principio de Huygens, cuando la onda incide sobre una rendija todos los puntos de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas, emitiendo nuevas ondas, denominadas ondas difractadas. Por esta razón, la difracción se puede explicar a partir de la interferencia de un número infinito de fuentes secundarias de ondas que están distribuidas a lo largo de la rendija.

Instrucciones Introducir la anchura de la rendija, actuando sobre el dedo de la barra de desplazamiento titulada Anchura rendija, por ejemplo 10.

Introducir la longitud de onda, actuando sobre el dedo de la barra de desplazamiento titulada longitud onda, por ejemplo 40.

Introducir el número de fuentes secundarias, en el control de selección titulado nº de fuentes de ondas, que situamos en la rendija, por ejemplo 20. Cuanto mayor sea el número de fuentes secundarias mejor se reproduce la difracción producida por la rendija y mayor es también el tiempo que emplea el ordenador en mostrar los resultados.

Pulsar el botón titulado Dibuja. Se muestran las ondas planas incidentes sobre una rejilla y las ondas difractadas como si fuese una fotografía tomada de una cubeta de ondas. A continuación, se muestra la intensidad en la posición x = 200, codificada en escala de grises. La máxima intensidad en color blanco, la intensidad cero en color negro. Finalmente, la representación gráfica de la intensidad en dicha posición, en el borde derecho de la "cubeta de ondas".

Tener en cuenta que en la difracción Fraunhofer, el observador se encuentra a una distancia grande en comparación con la anchura de la rendija y esta condición no se cumple en esta simulación. Su objetivo no es el del cálculo de los mínimos de difracción sino el de mostrar que la difracción no es un fenómeno cualitativamente distinto de la interferencia.

EJEMPLOS Y SIMULACIONES

Efecto Doppler

En las siguientes simulaciones puede observarse el efecto Doppler. Se considera que el emisor emite ondas de forma continua pero solamente se representan los sucesivos frentes de ondas, circunferencias centradas en el emisor, separados por un periodo, de un modo semejante a lo que se puede observar en la experiencia en el laboratorio con la cubeta de ondas.

Instrucciones La velocidad de propagación del sonido en el medio está fijada en una unidad vs = 1, y el periodo de las ondas es también la unidad, de modo que los sucesivos frentes de onda se desplazan una unidad de longitud en el tiempo de un periodo, es decir, la longitud de las ondas emitidas es una unidad le = 1.

Observador en reposo (vo = 0)

Empezamos por el caso más sencillo, en el que el observador está en reposo, a la izquierda o a la derecha del emisor de ondas. Vamos a estudiar diversas situaciones dependiendo de la velocidad del emisor.

Introducir en el control de edición titulado Velocidad del emisor el factor por el que se desea multiplicar la velocidad del sonido, para los casos que se detallan más abajo.

Pulsar los controles de edición Empieza, Pausa y Paso para iniciar la simulación, detenerla o ralentizarla.

Emisor en reposo (ve = 0)

Observar cómo se dibujan los sucesivos frentes, de ondas que son circunferencias separadas una longitud de onda, centradas en el emisor. El radio de cada circunferencia es igual al producto de la velocidad de propagación por el tiempo transcurrido desde que fue emitido.

Comprobar que la longitud de onda medida por el emisor y por el observador (distancia entre dos frentes de onda consecutivos) es la misma, una unidad, le = lo = 1.

Emisor en movimiento (ve < vs)

Considerar el caso de que la velocidad del emisor ve sea menor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (ve < 1).

Verificar que si el movimiento del emisor va de izquierda a derecha (velocidades positivas), la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha es más pequeña que la unidad, y la longitud de onda medida por el observador situado a la izquierda del emisor es mayor que la unidad.

Observador situado a la derecha del emisor lo < le

Observador situado a la izquierda del emisor lo > le

Como l = v/f , hay una relación inversa entre longitud de onda y frecuencia.

Observador situado a la derecha del emisor fo > fe

Observador situado a la izquierda del emisor fo < fe

Si el emisor emite ondas sonoras, el sonido escuchado por el observador situado a la derecha del emisor, será más agudo y el sonido escuchado por el observador situado a la izquierda será más grave. En otras palabras, cuando el emisor se acerca al observador, éste escucha un sonido más agudo, cuando el emisor se aleja del observador, éste escucha un sonido más grave.

Pulsar el botón titulado Pausa, a fin de congelar la imagen de los sucesivos frentes de onda y reproducirla fácilmente en papel utilizando la regla y el compás (por ejemplo, en el caso en que la velocidad del emisor sea ve = 0.5). En un periodo de tiempo, el frente de ondas se desplaza una longitud de onda (una unidad) mientas que el emisor se desplaza en el mismo tiempo media longitud de onda (media unidad).

Pulsar sucesivamente en el botón titulado Paso, y medir el periodo o intervalo de tiempo que transcurre para el observador en el paso de dos frentes de ondas consecutivos. La inversa de las cantidades medidas da las frecuencias de las ondas para el observador situado a la izquierda del emisor y para el situado a su derecha.

Emisor en movimiento (ve = vs)

Comprobar que cuando la velocidad del emisor ve es igual que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (ve = 1), la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha del emisor es cero. Si el emisor es un avión que va a la velocidad del sonido, los sucesivos frentes de las ondas emitidas se agrupan en la punta o morro del avión.

Emisor en movimiento (ve > vs)

Verificar que cuando la velocidad del emisor ve es mayor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (ve > 1), el movimiento ondulatorio resultante es una onda cónica (la envolvente de los sucesivos frentes de onda es un cono con el vértice en el emisor). Esta onda se llama onda de Mach u onda de choque, y no es más que el sonido repentino y violento que oímos cuando un avión supersónico pasa cerca de nosotros. Estas ondas se observan también en la estela que dejan los botes que se mueven con mayor velocidad que las ondas superficiales sobre el agua.

Observador en movimiento (ve < vs y vo< vs)

Considerar solamente el caso en el que la velocidad del emisor y la velocidad del observador es menor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio.

Introducir las velocidades del emisor en el control de edición Velocidad emisor y del observador en su correspondiente control de edición Velocidad observador. Las cantidades introducidas deben de ser menores que la unidad en valor absoluto, positivas en el caso del emisor y positivas o negativas en el caso del observador.

Comprobar que el efecto Doppler se debe al movimiento relativo del observador con respecto al emisor, haciendo que el observador y el emisor se muevan con la misma velocidad y en la misma dirección.

Medir el tiempo que tarda en pasar al emisor dos frentes de onda consecutivos, y compararlo con el periodo de las ondas emitidas (una unidad de tiempo). ¿Coinciden ambas cantidades?. Para medir dichos intervalos de tiempo, utilizar los botones Pausa/Continua y Paso.

Refracción

En la siguiente simulación se puede comprobar la ley de Snell para la refracción. Se representa un rayo que va de la fuente S, situada en la parte superior, hasta el observador P, situado en la parte inferior. El primer tramo SO del recorrido es en el medio A con velocidad v1. El segundo tramo OP es en el medio B con velocidad v2. El tiempo t para el recorrido SOP es una función de

la posición x de O. La función t(x) tiene un mínimo en la posición x en la que se cumple que la derivada primera de t respecto de x es igual a cero, lo cual resulta equivalente a escribir la ley de Snell de la refracción.

Instrucciones Introducir la velocidad de la onda en el primer medio v1, en el control de edición titulado Velocidad A. Por ejemplo, v1 = 1.0.

Introducir la velocidad de la onda en el segundo medio v2, en el control de edición titulado Velocidad B. Por ejemplo, v2 = 4.0.

Pulsar el botón titulado Nuevo.

Localizar las posiciones de la fuente S (punto de color azul en la parte superior) y del emisor P (punto de color azul en la parte inferior). Pulsando sucesivamente el botón titulado Nuevo las posiciones de S y P se asignan aleatoriamente dentro de ciertos límites.

Pulsar el botón titulado Traza. Se traza el camino SOP y se calcula el tiempo del recorrido.

Modificar la posición x del punto O en la superficie de separación entre los dos medios, moviendo con el puntero del ratón un pequeño cuadrado de color rojo. Se arrastra el punto O hacia la izquierda o hacia la derecha hasta encontrar la trayectoria real SOP seguida por el rayo. Para ayudarnos en esta tarea, se proporciona en la parte superior izquierda del applet el tiempo empleado por el rayo en recorrer la trayectoria actual y el tiempo empleado por el rayo en recorrer la trayectoria anterior. Cuando se encuentra la trayectoria SOP real que sigue el rayo se representan los rayos incidente y refractado y se proporcionan los datos de los ángulos de incidencia y de refracción.

Comprobar la ley de Snell de la refracción.

6 Definición de Luz Ciencia L - Definista

La luz es forma de energía que nos permite ver lo que nos rodea. Es toda radiación electromagnética que se propaga en formas de ondas en cualquier espacio, ésta es capaz de viajar a través del vacío a una velocidad de aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo. La luz también se conocida como energía luminosa. Existen diferentes fuentes de luz que las podemos clasificar en naturales y artificiales. El Sol es la principal fuente natural e importante de luz sobre la Tierra. En cuanto a las fuentes artificiales se estaría hablando de la luz eléctrica de una bombilla, la luz de una vela, de las lámparas de aceite, entre otras. La luz es emitida por sus fuentes en línea recta y en todas direcciones, y se difunde en una superficie cada vez mayor a medida que avanza. Si algo en su camino le estorba se forma una sombra en el sitio en donde no pasa la luz; por ejemplo, en los cuerpos opacos, la luz tiende a pasar con facilidad a través del vidrio o del agua. Al igual que todas las ondas, la luz experimenta los fenómenos de reflexión y refracción. La reflexión de luz es el cambio que experimenta el rayo luminoso cuando incide sobre la superficie de separación de dos medios distintos sin abandonar el medio por el cual se propaga. Los espejos reflejan la luz de manera normal, la luz rebota en la misma forma que llega y como resultado se puede ver una imagen en el espejo.

La refracción de la luz es el cambio de dirección de un rayo de luz al pasar de un medio a otro de distinta densidad, a través del cual viaja a diferente velocidad. Los lentes son piezas de vidrio que trabajan refractando la luz.

La luz tiene un efecto importante para todos, gracias ella podemos ver los objetos, nuestros compañeros, las señales y símbolos, entre otras cosas. La luz puede hacer cambiar las propiedades de los cuerpos; por ejemplo, una hoja de papel blanco al exponerse en un determinado tiempo a la luz del Sol, se pone amarillenta.

La luz permite a las plantas y a los animales desarrollar procesos para obtener energía, los seres humanos, además, hemos aprendido a utilizarla para alcanzar una mejor forma de vida, la aprovechamos para calentar nuestra vivienda, cocinar, etc. TEORIAS SOBRE LA NATURALEZA DE LA LUZ Los antiguos filósofos ya conocían algunos hechos sobre la propagación de la luz. Así se atribuye a Euclides el descubrimiento de las leyes de la reflexión de la luz (300 ane) Es a mediados del XVII cuando aparecen casi conjuntamente dos teorías acerca de la naturaleza de la luz. Teoría CORPUSCULAR (1666) y teoría ONDULATORIA (1678) TEORIA CORPUSCULAR(NEWTON)

Supone que la luz está compuesta por una serie de corpúsculos o partículas emitidos por los manantiales luminosos, los cuales se propagan en línea recta y que pueden atravesar medios

transparentes, y pueden ser reflejados por materias opacas. Esta teoría explica: La propagación rectilínea de la luz, la refracción y reflexión. Esta teoría no explica: Anillos de Newton (Irisaciones en las láminas delgadas de los vidrios) Este fenómeno lo explica la teoría ondulatoria y lo veremos más adelante. Tampoco explica los fenómenos de interferencia y difracción.

TEORIA ONDULATORIA (HUYGENS)

Esta teoría explica las leyes de la reflexión y la refracción , define la luz como un movimientoondulatorio del mismo tipo que el sonido. Como las ondas se trasmiten en el vacío, supone que las ondas luminosas necesitan para propagarse un medio ideal, el ETER, presente tanto en el vacío como en los cuerpos materiales.

Esta teoría tiene una dificultad fundamental que es precisamente la hipótesis del éter. Tenemos que equiparar las vibraciones luminosas a las vibraciones elásticas transversales de los sólidos, y no transmitiendo por tanto vibraciones longitudinales. Existe, pues, una contradicción en la naturaleza del éter, ya que por un lado debe ser un sólido incompresible y por otro no debe oponer resistencia al movimiento de los cuerpos. (Nota: Las ondas transversales solo se propagan en medios sólidos)

Esta teoría no fue aceptada debido al gran prestigio de Newton. Tuvo que pasar más de un siglo para que se tomara nuevamente en consideración la "Teoría Ondulatoria". Los experimentos de Young (1801) sobre fenómenos de interferencias luminosas, y los de Fresnel sobre difracción fueron decisivos para que se tomaran en consideración los estudios de Huygens y para la explicación de la teoría ondulatoria.

Fue también Fresnel (1815) quien explicó el fenómeno de la polarización transformando el movimiento ondulatorio longitudinal, supuesto por Huygens, en transversal. Existe, sin embargo, una objeción a esta teoría, puesto que en el éter no se puede propagar la luz por medio de ondas transversales, ya que éstas solo se propagan en medios sólidos.

TEORIA ELECTROMAGNETICA (MAXWELL 1865)

Descubre que la perturbación del campo electromagnético puede propagarse en el espacio a una velocidad que coincide con la de la luz en el vacío, equiparando por tanto las ondas electromagnéticas con las ondas luminosas.

Veinte años después Hertz comprueba que las ondas hertzianas de origen electromagnético tienen las mismas propiedades que las ondas luminosas, estableciendo definitivamente la identidad de ambos fenómenos.

Objeciones a ésta teoría:

No se da explicación a:

Fenómenos por absorción o emisión. Fenómenos fotoeléctricos. Emisión de luz por cuerpos incandescentes. Y por lo tanto es necesario volver a la teoría corpuscular, como hizo Planck en 1900.

TEORIA DE LOS CUANTOS (PLANCK 1900)

Esta teoría establece que los intercambios de energía entre la materia y la luz, solo son posibles por cantidades finitas. (cuantos) átomos de luz, que posteriormente se denominarán fotones. Esta teoría tropieza con el inconveniente de no poder explicar los fenómenos de tipo ondulatorio: Interferencias, difracción, .... Nos encontramos nuevamente con dos hipótesis contradictorias, la teoría electromagnética y la de los cuantos.

MECANICA ONDULATORIA (DE BROGLIE 1924)

Auna la teoría electromagnética y la de los cuantos, herederas de la ondulatoria y corpuscular respectivamente, evidenciando la doble naturaleza de la luz. Esta teoría establece así la naturaleza corpuscular de la luz en su interacción con la materia (procesos de emisión y absorción)y la naturaleza electromagnética en su propagación. 7 Inicio » Glosario » DEF » Espectro electromagnético Espectro electromagnético Término(s) similar(es): Rayos gamma, Ondas radioeléctricas, Luz visible, Luz azul, Radiación infrarroja, Radiación ultravioleta.

Definición: El espectro electromagnético es el conjunto de longitudes de onda de todas las radiaciones electromagnéticas. Incluye:

Los rayos gamma tienen las longitudes de onda más cortas y las frecuencias más altas conocidas. Son ondas de alta energía capaces de viajar a larga distancia a través del aire y son las más penetrantes.

Los rayos X tienen longitudes de onda más largas que los rayos gamma, pero menores que la radiación ultravioleta y por lo tanto su energía es mayor que la de estos últimos. Se utilizan en diversas aplicaciones científicas e industriales, pero principalmente utilizan en la medicina como la radiografía. Consisten en una forma de radiación ionizante y como tal pueden ser peligrosos. Los rayos X son emitidos por electrones del exterior del núcleo, mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo.

La radiación ultravioleta (UV) se define como la porción del espectro electromagnético que se encuentra entre los rayos X y la luz visible. Para más información haga clic aquí.

La luz visible —también espectro visible— es la parte de espectro electromagnético que los ojos humanos son capaces de detectar. Cubre todos los colores del azul a 400 nm al rojo a 700 nm. La luz azul contiene más energía que la roja.

La radiación infrarroja (IR) —también radiación térmica— es la parte del espectro electromagnético que se encuentra entre la luz visible y las microondas. La fuente natural más importante de radiación infrarroja es el Sol.

Las ondas radioeléctricas tienen longitudes de onda largas que varían unos pocos centímetros a miles de kilómetros de longitud. Sus principales usos son en la televisión, los teléfonos móviles y las comunicaciones por radio.

Fuente: GreenFacts Espectro visible Se llama espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz

de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible: el ojo humano típico responderá a longitudes de onda de 390 a 750 nm, aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 hasta 780 nm. Los arcoíris son un ejemplo de refracción del espectro visible. El respecto visible:

Espectro visible.

El arcoíris es una manifestación natural del espectro visible solar. La correspondiente longitud de onda en el agua y en otros medios está reducida por un factor igual al índice de refracción. En términos de frecuencia, ésta corresponde a una banda en el campo de valores entre 450 y 750 nm. Un ojo adaptado a la luz generalmente tiene como máxima sensibilidad un valor de 555 nm, en la región verde del espectro visible. El espectro sin embargo no contiene todos los colores que los ojos humanos y el cerebro puedan distinguir; marrón, rosado y magenta están ausentes, por ejemplo, porque se necesita la mezcla de múltiples longitudes de onda.

La longitud de onda visible al ojo también se pasa a través de una ventana óptica, la región del espectro electromagnético que pasa muy atenuada a través de la atmósfera terrestre (a pesar de que la luz azul es más dispersa que la luz roja, que es la razón del color del cielo). La respuesta del ojo humano está definida por una prueba subjetiva, pero las ventanas atmosféricas están definidas por medidas físicas. La ventana visible se la llama así porque ésta superpone la respuesta humana visible al espectro; la ventana infrarroja está ligada a la ventana de respuesta humana y la longitud de onda media infrarroja, la longitud de onda infrarroja lejana están muy lejos de la región de respuesta humana.

Los ojos de muchas especies perciben longitudes de onda diferentes de las del espectro visible del ojo humano. Por ejemplo, muchos insectos, tales como las abejas pueden ver la luz ultravioleta que es útil para encontrar el néctar en las flores. Por esta razón, los éxitos reproductivos de las especies de plantas cuyos ciclos de vida están vinculados con la polinización de los insectos, dependen de que produzcan emisión ultravioleta, más bien que del colorido aparente a los ojos humanos.

8 Tres propiedades principales de la luz

La luz es uno de los aspectos más fundamentales del universo. Se trata de la emisión de radiación electromagnética a través de longitudes de onda y frecuencias variables. La luz nos permite ver y nos da información acerca del universo como un todo: la edad de las estrellas, los ciclos de vida de las estrellas y la temperatura de los objetos celestiales. La luz también puede decirnos las densidades relativas de los medios. La luz funciona debido a tres propiedades fundamentales. Velocidad La velocidad de la luz, que es de 300.000 kilómetros por segundo, se considera el límite de velocidad superior absoluto de cualquier cosa en el universo y la propiedad más fundamental de la luz. La luz viaja a esta velocidad en el vacío absoluto; viajar a través de otro medio como el aire o el agua disminuye su velocidad. La velocidad de la luz también es crucial para la conversión entre masa y energía: E=mc^2, en donde E es la energía medida en joules, m es la masa en kilogramos y c^2 es la velocidad de la luz al cuadrado. Por lo tanto, una conversión completa de toda la masa a energía de un objeto de 10 kilogramos sería igual a 90 megajoules, o 90 millones de joules. Reflexión Las partículas de luz, o fotones, se reflejan en otras partículas o masas y continúan viajando a la misma velocidad. La reflexión nos permite ver lo que percibimos como luz reflejándose en otros objetos hacia nuestros ojos; la imagen es escaneada en la retina y pasa al lóbulo occipital del cerebro para ser convertida en impulsos eléctricos. Existen dos tipos de reflexión: reflexión especular y reflexión difusa. En la reflexión especular, como la que ocurre desde una superficie de espejo, el ángulo de incidencia (que es el ángulo en el que la luz originalmente incide en la superficie) coincidirá con el ángulo de reflexión a lo largo del mismo plano. De acuerdo al sitio web Physics Classroom, la reflexión difusa de objetos no especulares envía los rayos de luz en todas las direcciones debido a que el arreglo molecular es irregular. Color El color se refiere al rango de luz visible del espectro electromagnético, comenzando con el rojo en la longitud de onda más larga visible y luego moviéndose al naranja, amarillo, verde, azul y finalmente violeta en la longitud de onda más corta visible. Cuando vemos un color estamos viendo únicamente el reflejo de esa longitud de onda. El color también es causado por la división de la luz blanca en sus colores constituyentes al pasar a través de un prisma u otro tipo de medio. Cuando la luz pasa a través de un prisma y se divide en varios colores, el color que vemos depende del ángulo de incidencia desde el que veamos la luz. 9 Reflexión

La reflexión de la luz es el cambio de dirección de los rayos de luz que ocurre en un mismo medio después de incidir sobre la superficie de un medio distinto. Se rige por dos principios o leyes de la reflexión:

El rayo incidente, el reflejado y la normal a la superficie en el punto de incidencia están en el mismo plano

El ángulo del rayo incidente iˆ y el de reflexión rˆ son iguales

iˆ=rˆ

Reflexión

El ángulo que forman el rayo incidente y el reflejado con la normal a la superficie de separación (en color rojo) es el mismo.

En la reflexión no cambia la velocidad de la luz v, ni su frecuencia f, ni su longitud de onda λ.

Atendiendo a las irregularidades que pueden existir en la superficie de reflexión, podemos distinguir dos tipos de reflexiones de la luz:

Reflexión especular: Se produce cuando las irregularidades del medio son pequeñas en comparación con la longitud de onda de la luz incidente y se proyectan varios rayos sobre este. Reflexión difusa: Se produce cuando las irregularidades del medio son de un orden de magnitud comparable al tamaño de la longitud de onda de la luz incidente y se proyectan varios rayos sobre este

Reflexión especular y difusa

A la izquierda, la reflexión especular en la que los rayos se mantienen paralelos tras producirse la reflexión. A la derecha, la reflexión difusa donde los rayos se entrecruzan unos con otros en todas direcciones.

Refracción La refracción de la luz es el cambio de dirección de los rayos de luz que ocurre tras pasar estos de un medio a otro en el que la luz se propaga con distinta velocidad. Se rige por dos principios o leyes de la refracción:

El rayo incidente, el refractado y la normal a la superficie en el punto de incidencia están en el mismo plano

La ley de Snell de la refracción, que marca la relación entre el ángulo de incidencia iˆ , el de refracción rˆ , y los índices de refracción absolutos de la luz en los medios 1 y 2, n1 y n2, según:

sin(iˆ)sin(rˆ)=n2n1

Refracción

La refracción de la luz ocurre cuando esta pasa de un medio transparente con un determinado índice de refracción a otro, también transparente, con uno distinto. Observa, en la imagen de la izquierda, que cuando la velocidad de propagación en el nuevo medio es menor, y por tanto es mayor el índice de refracción, el rayo se acerca a la normal. En la imagen de la derecha vemos el caso contrario, en el que el rayo se aleja de la normal.

No confundas el ángulo rˆ en los casos de reflexión y refracción. Hemos optado por darles el mismo nombre ya que lo habitual es que te centres en uno u otro fenómeno. Si vas a resolver un ejercicio en el que tengas que estudiar ambos a la vez, te recomendamos que cambies el nombre a cualquiera de ellos. Ten presente que el rayo reflejado permanece en el medio del rayo incidente. El rayo refractado, en cambio, pasa a uno distinto.

Por otro lado, observa que a partir de las relaciones que se establecen entre el índice de refracción absoluto y el relativo podemos escribir:

sin(iˆ)sin(rˆ)=n2n1=[1]v1v2=n2,1[1] n=cv Donde v1 y v2 es la velocidad de la luz en los medios 1 y 2 respectivamente y n2,1 es el índice de refracción relativo del medio 2 respecto al 1.

En la refracción no cambia la frecuencia de la luz f, ya que esta depende de la fuente, pero al hacerlo su velocidad v, debe cambiar también su longitud de onda λ. Dado que el color con el que percibimos la luz depende de la frecuencia, este no cambia al cambiar de medio.

Recuerda que el índice de refracción depende de la longitud de onda, por lo que cuando un pulso de luz es policromático (está compuesto por varias longitudes de onda), al refractares se produce la dispersión que veremos en un apartado posterior.

Reflexión total y ángulo límite En un medio con n1>n2, a medida que aumentamos el ángulo de incidencia iˆ también lo va haciendo el de refracción rˆ , llegando un momento en el que el rayo refractado formará 90º con la normal, es decir, no habrá rayo refractado y sólo se observará el rayo reflejado.

Llamamos ángulo crítico o ángulo límite y lo denotamos por θc al ángulo de incidencia en una superficie de separación entre dos medios con n1>n2 que hace que el ángulo refractado sea de 90º. Su expresión viene dada por:

θc=arcsen(n2n1) Donde:

θc : Es el ángulo crítico. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el radián n1, n2 : Índices de refracción absolutos de los medios 1 y 2 respectivamente. Es una magnitud adimensional cuyo valor se puede calcular a partir de la velocidad de la luz en el vacío y en el

medio según n=c/v Decimos que se produce reflexión total o reflexión interna total en un medio con n1>n2 cuando no existe ángulo refractado y sólo existe rayo reflejado. Se produce para aquellos valores de ángulo incidente iˆ cuyo valor es mayor que el ángulo crítico θc:

iˆ⩾θc

Reflexión Interna Total

Si un rayo de luz incide con un ángulo menor que el ángulo crítico sufre reflexión y refracción. En cambio, cuando el ángulo de incidencia es mayor o igual que el ángulo crítico, como es el caso de los dos rayos más a la derecha, el rayo no se refracta, sólo se refleja, desplazándose únicamente en el mismo medio El fenómeno de la reflexión total tiene numerosos usos pero uno de los ejemplos más extendidos es en fibras ópticas, ampliamente utilizadas en las telecomunicaciones y en la medicina (endoscopios). De una manera simplificada podemos decir que una fibra óptica no es más que un cable flexible de material transparente que cuenta con un índice de refracción tal que dicho índice es mayor que el índice de refracción del material que lo recubre. De esta manera, cuando se introduce un pulso de luz con un determinado ángulo de entrada en la fibra se consigue que quede confinado en su interior llegando al final sin apenas pérdida de intensidad, ya que todas las reflexiones que se producen cumplen la condición de reflexión total. Así, los ángulos posibles de entrada de rayos de luz a la fibra definen un cono de aceptación dentro del cual deben estar los rayos que se pretenda cumplan la condición de reflexión total en el interior de la fibra. Comprobación

Podemos deducir la expresión dada para el ángulo crítico a partir de la ley de Snell de la refracción. Ya que buscamos que el ángulo refractado sea 90º ( π/2 rad ), podemos escribir: n1⋅sin(iˆ)=n2⋅sin(rˆ)⇒n1⋅sin(θc)=n2⋅sin(π2)1⇒sin(θc)=n2n1 Simplemente nos queda despejar θc, pero antes observa que, de la igualdad que hemos llegado en este punto se deduce que sólo existe ángulo crítico cuando n1>n2 ya que el seno de un ángulo debe ser necesariamente menor o igual que uno y esto sólo ocurrirá si el denominador es mayor o igual que el numerador. Si despejamos, finalmente, obtenemos la expresión buscada:

sin(θc)=n2n1⇒θc=arcsen(n2n1) Reflexión y refracción de la luz En general, se produce la reflexión y la refracción de la luz cuando un rayo, por ejemplo proveniente de un puntero laser, se encuentra con una superficie de cambio de medio. Pulsa sobre el botón play para comenzar a experimentar. 10