Tarea 1 De Fisica 4 De Jose Angel.docx

Presentación Asignatura: Física 4 y Su Laboratorio

Tema: Ejercicios Sobre Iluminación

Participante: José Ángel Alcántara-------15-4314 Facilitador: Faustino Camilo Fecha:

26 de Febrero del 2018

Física IV

Ejercicio sobre Iluminación Parte I 1) Definición de óptica física Es la rama de la óptica que toma la luz como una onda y explica algunos fenómenos que no se pueden explicar tomando la luz como un rayo.

2) Descripción las interferencias de películas delgadas Las fuentes coherentes son aquellas que emiten ondas de luz de la misma longitud de onda o frecuencia, las cuales está en fase la una de la otra o tienen una diferencia de fase constante. Las dos fuentes pueden producir el fenómeno de interferencia. El fenómeno de la interferencia en películas delgadas es de frecuente observación en la vida cotidiana, los brillantes colores de las burbujas de jabón o los colores que presentan las manchas de aceite cuando flotan sobre un charco de agua son los ejemplos más comunes de este tipo de interferencia.

3) Descripción fuentes puntuales. Las ondas puntuales se forman moviendo dos varillas rítmicamente arriba y abajo en una bandeja de agua o al meter y sacar del agua dos dedos u observando dos patos nadando en un estanque cerca uno de otro.

4) Diferencias entre imágenes reales y virtuales Imagen real Una imagen real se define como aquella que se forma cuando los rayos de luz se dirigen en un punto fijo. Una imagen real se puede proyectar o ver en una pantalla. El mejor ejemplo de una imagen real es la que se forma en una pantalla de cine. Imagen virtual Una imagen virtual se define como lo contrario de una imagen real, por lo tanto, una imagen que no se puede obtener en una pantalla se conoce como imagen virtual. La explicación de esto es el hecho de que los rayos de luz que forman una imagen virtual nunca convergen, por lo tanto, una imagen virtual nunca se puede proyectar en una pantalla. El mejor ejemplo de una imagen virtual es tu reflejo en el espejo.

5) Definición óptica geométrica

El concepto fundamental de la óptica geométrica es el rayo, el cual puede ser definido como la trayectoria a lo larg de la cual se propaga la onda de luz. Las tres leyes básicas de la óptica geométrica son la ley de propagación, la ley de reflexión y la ley de refracción. Esta predice que la imagen de un punto formada por elementos ópticos esféricos no es un punto perfecto, sino una pequeña mancha. Se fundamenta en la teoría de los rayos de luz, la cual considera que cualquier objeto visible emite rayos rectos de luz en cada punto de él y en todas direcciones a su alrededor.

6) Propagación de la luz La luz se propaga en línea recta a una velocidad de 3 × 108 𝑚/𝑠 en el vacío. Una demostración experimental de este principio es el hecho de que los cuerpos produzcan sombras bien definidas.

7) Definición de lux Es la iluminación producida por una candela o una bujía decimal sobre una superficie de metro cuadrado de distancia.

8) Valor de un lux 1 𝑙𝑢𝑥 =

1 𝑐𝑑 1 𝑏𝑑 = 1𝑚2 1𝑚2

9) Intensidad luminosa y el flujo magnético La intensidad luminosa es la cantidad de luz producida o emitida por un cuerpo luminoso. Para cuantificar la intensidad luminosa de una fuente de luz se utiliza la candela (cd) y la bujía decimal. El flujo luminoso es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal (perpendicular) a los rayos de luz. La unidad del flujo luminoso es el lumen (lm). Un lumen es el flujo luminoso recibido durante un segundo por una superficie de 1m 2, limitado dentro de una esfera de radio y en cuyo centro se encuentra una fuente con intensidad luminosa de una candela.

10) Definición de difracciones ópticas Otro fenómeno relacionado con la óptica es el esparcimiento de un haz de luz a su paso por un pequeño agujero o separación angosta. El nombre dado a estas variantes de la óptica geométrica se conoce como difracción. La óptica geométrica provee resultados útiles en la mayoría de aplicaciones debido a que la longitud de onda de la luz visible es pequeña y los efectos de difracción no son importantes en circunstancias ordinarias.

11) Enunciado de la ley de iluminación La ley de iluminación se enuncia de la siguiente manera: El que recibe una superficie es directamente proporcional al cuadrado de la distancia que existe entre la fuente y la superficie.

12) Ondas de materias Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto. Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. El medio elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda.

13) Ondas de Broglies La dualidad onda-corpúsculo, también llamada dualidad onda-partícula es un fenómeno cuántico, bien comprobado empíricamente, por el cual muchas partículas pueden exhibir comportamientos típicos de ondas en unos experimentos mientras aparecen como partículas compactas y localizadas en otros experimentos. Dado ese comportamiento dual, es típico de los objetos mecano cuánticos, donde algunas partículas pueden presentar interacciones muy localizadas y como ondas exhiben el fenómeno de la interferencia. De acuerdo con la física clásica existen diferencias claras entre onda y partícula. Una partícula tiene una posición definida en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula. Este es un hecho comprobado experimentalmente en múltiples ocasiones. Fue introducido por Louis-Victor de Broglie, físico francés de principios del siglo XX. En 1924 en su tesis doctoral, inspirada en experimentos sobre la difracción de electrones, propuso la existencia de ondas de materia, es decir que toda materia tenía una onda asociada a ella. Esta idea revolucionaria, fundada en la analogía con que la radiación tenía una partícula asociada, propiedad ya demostrada entonces, no despertó gran interés, pese a lo acertado de sus planteamientos, ya que no tenía evidencias de producirse. Sin embargo, Einstein reconoció su importancia y cinco años después, en 1929, De Broglie recibió el Nobel en Física por su trabajo. Su trabajo decía que la longitud de ondaλ de la onda asociada a la materia era: ℎ 𝜆= 𝑝 donde h es la constante de Planck y p es el momento lineal de la partícula de materia.

14) Principio de Incertidumbre de Heisenberg W. Heisenberg (Premio Nobel de Física 1932) enunció el llamado principio de incertidumbre o principio de indeterminación, según el cual es imposible medir

simultáneamente, y con precisión absoluta, el valor de la posición y la cantidad de movimiento de una partícula. Esto significa, que la precisión con que se pueden medir las cosas es limitada, y el límite viene fijado por la constante de Planck. Principio de incertidumbre, en mecánica cuántica, principio que afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula, por ejemplo, un electrón. El principio, también conocido como principio de indeterminación, afirma igualmente que si se determina con mayor precisión una de las cantidades se perderá precisión en la medida de la otra, y que el producto de ambas incertidumbres nunca puede ser menor que la constante de Planck, llamada así en honor del físico alemán Max Planck. La incertidumbre es muy pequeña, y resulta despreciable en mecánica clásica. En cambio, en la mecánica cuántica las predicciones precisas de la mecánica clásica se ven sustituidas por cálculos de probabilidades.

Parte II

Problemas sobre Iluminación 15) La iluminación de una superficie es 100 lux, sabiendo que la intensidad entre la fuente luminosa y la superficie es 40 bd. Determine la distancia. Solución: 𝐼 𝑑=√ 𝐸 𝑑=√

40𝑏𝑑 𝑏𝑑

100 𝑚2

𝑑 = √0.4𝑚2 𝑑 = 0.63𝑚2

16) La iluminación de una superficie es 800 lux, teniendo en cuenta que la distancia entre la fuente luminosa y la superficie es 50 m. Determine la intensidad. Solución:

𝐼 = 𝐸 ∙ 𝑑2 𝐼 = (800

𝑐𝑑 ) ((50)2 ) 𝑚2

𝑐𝑑 ) (2,500𝑚2 ) 𝑚2

𝐼 = (800

𝐼 = 2 𝑥 106 𝑐𝑑

17) Determine la iluminación que recibe una superficie cuya intensidad luminosa es de 30 cd y la distancia entre la fuente luminosa y la superficie es de 20 m. Solución: 𝐸=

𝐼 𝑑2

𝐸=

30𝑐𝑑 (20𝑚)2

𝐸=

30𝑐𝑑 400𝑚2

𝐸 = 0.075

𝑐𝑑 𝑚2

18) Determine la iluminación que recibe una superficie cuya intensidad luminosa es de 80 cd y la distancia entre la fuente luminosa y la superficie es de 10 000 cm = (100m). Solución: 𝐸= 𝐸=

𝐼 𝑑2

80𝑐𝑑 (100𝑚)2

80𝑐𝑑 10,000𝑚2 𝑐𝑑 𝐸 = 8 𝑥 10−3 2 𝑚 𝐸=

19) La iluminación de una superficie es 2.5x108 lux, sabiendo que la intensidad entre la fuente luminosa y la superficie es 3.7x 10-3 cd. Determine la distancia.

Solución: 𝐼 𝑑=√ 𝐸 3.7 𝑥 10−3 𝑐𝑑 𝑑=√ 𝑐𝑑 2.5 𝑥 108 𝑚2 𝑑 = √1.48 𝑥 10−11 𝑚2 𝑑 = 3.85 𝑥 10−6 𝑚2

20) La iluminación de una superficie es 800 lux, teniendo en cuenta que la distancia entre la fuente luminosa y la superficie es 5000 dm = 500m. Determine la intensidad. Solución: 𝐼 = 𝐸 ∙ 𝑑2 𝐼 = (800 𝐼 = (800

𝑐𝑑 ) ((500𝑚)2 ) 2 𝑚

𝑐𝑑 ) (250,000𝑚2 ) 𝑚2

𝐼 = 2 𝑥 108 𝑐𝑑

21) Determine la iluminación que recibe una superficie cuya intensidad luminosa es de 8.76 x 10-5 cd y la distancia entre la fuente luminosa y la superficie es de 400 000 mm = 400m. Solución: 𝐸=

𝐼 𝑑2

8.76 𝑥 10−5 𝑐𝑑 𝐸= (400𝑚)2 𝐸=

8.76 𝑥 10−5 𝑐𝑑 160,000𝑚2

𝐸 = 5.38 𝑥 10−10

𝑐𝑑 𝑚2

22) La iluminación de una superficie está dada por la operación ( 8.76 x 10-5 x100000 x 8.76 x 107) lux, sabiendo que la intensidad entre la fuente luminosa y la superficie es (40000+3.6 x 10-5 - 9.7 x 10-5 + 8.76 x 106 )cd. Determine la distancia. Solución: E = (8.76 x 10-5 x100000 x 8.76 x 107) lux = 7.6 x 108 lux I = (40000+3.6 x 10-5 - 9.7 x 10-5 + 8.76 x 106 )cd = 8.8 x 106 cd 𝐼 𝑑=√ 𝐸 𝑑=√

8.8 𝑥 106 𝑐𝑑 7.6 𝑥 108

𝑐𝑑 𝑚2

𝑑 = √0.012𝑚2 𝑑 = 0.11𝑚2

23) Determine la iluminación que recibe una superficie cuya intensidad luminosa es de 4.25 x 1/109 cd y la distancia entre la fuente luminosa y la superficie es de 3.25 x 1/10-7 cm = 0.0325 x 107 m. Solución: 𝐸=

𝐸=

𝐼 𝑑2

4.25 𝑥 10−9 𝑐𝑑 (0.0325 𝑥 107 𝑚)2

𝐸=

4.25 𝑥 10−9 𝑐𝑑 1.06 𝑥 1011 𝑚2

𝐸 = 4.01 𝑥 10−20

𝑐𝑑 𝑚2

24) Determine la iluminación que recibe una superficie cuya intensidad luminosa es de 9.38 x10-6 cd y la distancia entre la fuente luminosa y la superficie es de 0.055 km = 55 m. Solución:

𝐸=

𝐼 𝑑2

𝐸=

9.38 𝑥 10−6 𝑐𝑑 (55𝑚)2

𝐸=

9.38 𝑥 10−6 𝑐𝑑 3,025𝑚2

𝐸 = 3.10 𝑥 10−9

𝑐𝑑 𝑚2