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Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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¿Qué es la luz?

La radiación es una forma de transmisión de energía, que consiste en la emisión de energía desde un cuerpo sin que haya un medio material de propagación. Todas las radiaciones en general, y entre ellas la luz, se propagan en forma de ondas. Las ondas que se pueden propagar en el vacío se llaman electromagnéticas. La luz es una radiación electromagnética. Aquí puedes ver una representación de una onda electromagnética: 05/09/2012

Campo eléctrico

Campo magnético

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¿Qué es la luz? Como ya sabes, entre el Sol y la Tierra no hay aire ni otro medio por el que pueda propagarse la luz. La luz y el calor del Sol pueden viajar por el vacío hasta llegar a nosotros.

La luz tarda 8,4 segundos en llegar

SOL 05/09/2012

Recorre una distancia de 150 millones de Km

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TIERRA

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Sólo una pequeña parte de la energía radiante (la que vemos con nuestros ojos) es lo que llamamos “luz”. Espectro de la luz visible

LUZ VISIBLE RADIACIONES NO VISIBLES

Menos energía Onda larga Onda media

RADIACIONES NO VISIBLES

Más energía

Onda corta

Radiación Infrarroja

Radiación de microondas

Radiación Ultravioleta

Rayos Gamma

Rayos X

Ondas de radio y TV 05/09/2012

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Ondas electromagnéticas

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Características de las Ondas Electromagnéticas

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¿Qué es la luz?

1.1. Características de las ondas electromagnéticas Al igual que otras ondas, como la del sonido, las ondas electromagnéticas también se caracterizan por: La velocidad de propagación La frecuencia (oscilaciones del campo electromagnético por segundo) Campo eléctrico

Campo magnético

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¿Qué es la luz?

1.1. Características de las ondas electromagnéticas La velocidad de la luz es tan elevada que hasta el siglo XVII se suponía que se propagaba con velocidad infinita, es decir instantáneamente. Hoy se sabe que todas las ondas electromagnéticas se propagan por el vacío a la velocidad de 300.000 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).

¿Y siempre va igual de rápido?

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En el vacío sí, pero cuando atraviesa algún medio va Elaboró: YOVANY LONDOÑO algo más despacio…

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¿Qué es la luz?

Sustancia Agua Aire Benceno Etanol Vidrio Cuarzo Hielo Diamante 05/09/2012

Velocidad de la luz 224.900 Km/s 299.912 Km/s 199.866 Km/s 220.426 Km/s 189.873 Km/s 194.300 Km/s 229.182 Km/s 124.018 Km/s Elaboró: YOVANY LONDOÑO

Si la luz atraviesa algún medio va algo más despacio que por el vacío.

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¿Qué es la luz? La Teoría de la Relatividad de Albert Einstein dice, entre otras cosas, que nada puede viajar más rápido que la luz

Nada puede viajar más rápido que la luz por el vacío

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¿Qué es la luz? Longitud de onda Longitud de onda

Es otra característica de las ondas. Cuanto mayor es la longitud de onda, menor es la frecuencia

Dado que la longitud de onda es una distancia, se mide en unidades de longitud (m).

Longitud de onda mayor

Longitud de onda más corta

Baja frecuencia

MENOS ENERGÍA

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Alta frecuencia Elaboró: YOVANY LONDOÑO

MÁS ENERGÍA

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¿Qué es la luz?

Cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor es su energía. Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia como se detalla en el siguiente diagrama, que se conoce con el nombre de espectro electromagnético.

La luz es la radiación visible del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos. 05/09/2012

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ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

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Ondas de Radio AM Reciben este nombre por ser las que emplean las estaciones de radiocomunicación para realizar sus transmisiones. Son emitidas por circuitos oscilantes de radio por intermedio de una antena emisora. Tienen longitudes de onda entre 200 y 600 m.

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Ondas de TV. y Radio de FM Estas ondas tienen las mismas características que las de radio AM, pero sus frecuencias son más altas (longitud de onda corta) que las que normalmente usan las emisoras de radio. Las ondas de T.V. son más cortas aún que las de radio FM.

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MICROONDAS Son ondas electromagnéticas de frecuencias más altas que las de radio y TV (108 – 1012 Hz). Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias determinado; generalmente de entre 300 MHz y 3 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns (3×10-9 s) a 3 ps (3×10-12 s) y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm. Otras definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050 y IEEE 100 sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 30 centímetros a 1 milímetro. Se producen mediante un generador (G) de pulsos eléctricos de duración muy corta que en combinación con una antena parabólica se transforma en onda electromagnética.

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RAYOS INFRARROJOS La radiación infrarroja, o radiación IR es un tipo de radiación electromagnética y térmica, de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas. Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas. Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 100 micrómetros.[1] La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0 Kelvin, es decir, −273,15 grados Celsius (cero absoluto).

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RAYOS ULTRAVIOLETAS Se denomina radiación ultravioleta o radiación UV a la radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida aproximadamente entre los 400 nm (4x10-7 m) y los 15 nm (1,5x10-8 m). Su nombre proviene de que su rango empieza desde longitudes de onda más cortas de lo que los humanos identificamos como el color violeta. Esta radiación puede ser producida por los rayos solares y produce varios efectos en la salud.

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RAYOS GAMMA Comprenden frecuencias mayores de 1·1019Hz. Se origina en los procesos de estabilización en el núcleo del átomo después de emisiones radiactivas. La radiación gamma o rayos gamma (γ) es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto constituida por fotones, producida generalmente por elementos radiactivos o por procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. También se genera en fenómenos astrofísicos de gran violencia. Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa y la beta. Pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo cual se usan para esterilizar equipos médicos y alimentos.

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RAYOS X Son producidos por electrones que saltan de órbitas internas en átomos pesados. Sus frecuencias van de 1'1·1017Hz a 1,1·1019Hz. Son peligrosos para la vida: una exposición prolongada produce cáncer. La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas. Los actuales sistemas digitales permiten la obtención y visualización de la imagen radiográfica directamente en una computadora (ordenador) sin necesidad de imprimirla. La longitud de onda está entre 10 a 0,01 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible).

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Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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¿Qué es la luz? Nuestros ojos funcionan como antenas receptoras de las ondas electromagnéticas comprendidas entre las frecuencias de 4.1014 Hz (rojo) y unos 8.1014 Hz (violeta)

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Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz La luz presenta tres propiedades características:

2.1. La luz se propaga en línea recta 2.2. La luz se refleja

2.3. La luz se refracta, es decir, cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro

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Algunas propiedades de la luz 2.1. La luz se propaga en línea recta

Haz de luz láser visible con humo

Haz de luz blanca

Estas imágenes muestran un hecho que ya era conocido desde la Antigüedad: 05/09/2012

La luz se propaga en línea recta. Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.1. La luz se propaga en línea recta La propagación rectilínea de la luz nos permitirá utilizar una idea gráfica muy útil para estudiar ciertos fenómenos: el rayo de luz.

¿Es lo mismo “haz” que “rayo”? No. Un rayo es una representación gráfica, una línea, y no tiene grosor. En cambio, en la realidad, un haz sí que tiene grosor.

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La línea recta que representa la dirección y el sentido de la propagación de la luz se denomina rayo de luz.

Rayo de luz Elaboró: YOVANY LONDOÑO

Haz de luz 31

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Algunas propiedades de la luz 2.1. La luz se propaga en línea recta Un hecho que demuestra que la propagación rectilínea de la luz es la formación de las sombras. Cuando un objeto, por ejemplo una llave, se interpone entre la luz y una superficie, la luz interceptada por el objeto no llega hasta la superficie; se crea así una silueta oscura con la forma del objeto, que se llama sombra.

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Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.1. La luz se propaga en línea recta La forma y el tamaño de la sombra se pueden determinar trazando unas líneas rectas que parten del foco de luz y pasan por el contorno del objeto

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Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.1. La luz se propaga en línea recta

Sombras, penumbras y eclipses

Si el foco de luz es grande y está cerca, además de la sombra (S), se forma una penumbra (P) 05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.1. La luz se propaga en línea recta

Sombras, penumbras y eclipses

Con un diagrama de rayos como este se puede comprender mejor lo que ocurre. Se forma penumbra en aquellas zonas donde no llegan los rayos procedentes de un extremo del foco, pero sí llegan los que provienen del otro extremo del foco. 05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Los eclipses

La palabra eclipse significa “ocultación”.

Eclipse de Luna

Eclipse solar

La Luna queda oculta Porque la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna 05/09/2012

El Sol queda oculto Porque la Luna se Interpone entre el Sol y la Tierra

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Eclipse solar Penumbra Sombra

Eclipse total de Sol Sombra

Eclipse parcial de Sol Así lo veríamos desde el espacio 05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

Así lo vemos desde la Tierra

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Eclipse solar

Sol

A veces la Luna está un poco más alejada y las personas situadas en el punto A ven esto: A

Así lo vemos desde el punto A en la Tierra

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Eclipse anular deYOVANY Sol LONDOÑO Elaboró:

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Eclipse de Luna La Tierra ensombrece la Luna porque se pone entre ella y el Sol.

En un eclipse de Luna, las zonas de sombra y de penumbra son más grandes que el diámetro lunar. Por eso puede durar unas tras horas, mientras que en un eclipse de Sol dura solo unos minutos.

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La Luna se ve enrojecer cuando está en la zona de penumbra. Es el “rubor” de la Luna. Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.2. La luz se refleja Fíjate en este haz de luz láser reflejándose en un espejo:

Rayo incidente

Rayo reflejado

Rayo incidente

Rayo reflejado

La la luz el cambio dirección que El reflexión rayo quede llega ales espejo (RAYOdeINCIDENTE), sale experimenta rayo luminoso al chocar la “rebotado” un formando otro rayo (RAYOcontra REFLEJADO) superficie de los cuerpos. La luz reflejada sigue propagándose por el mismo medio que la incidente. 05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.2. La luz se refleja Cuando se reflejan los rayos de luz en una superficie perfectamente plana como un espejo, ocurre que: -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.

rayo incidente

normal ángulo de incidencia

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rayo reflejado

ángulo de reflexión

Elaboró:espejo YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.2. La luz se refleja

espejo

Puedes comprobar todo esto mirándote en un espejo. Para ver todo tu cuerpo los rayos que provienen de tus pies deben llegar a tus ojos tras reflejarse en el espejo. Como ves en este dibujo, esto solo es posible si la altura del espejo es, como mínimo, la mitad 05/09/2012 Elaboró: YOVANY LONDOÑO de tu altura.

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2

Algunas propiedades de la luz 2.2. La luz se refleja

En un periscopio los rayos de luz se reflejan así:

05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.2. La luz se refleja

espejo

A

B

C

Si nuestros ojos no están exactamente en la dirección de la luz reflejada, no podremos ver la imagen en el espejo.

Sólo el ojo C verá la flor 05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.2. La luz se refleja

¿Por qué vemos los objetos? Porque la luz que se refleja en ellos llega hasta nuestros ojos

La luz reflejada en la bombona nos permite verla

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Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.2. La luz se refleja

Hay dos tipos de reflexión: Reflexión especular En superficies perfectamente lisas

Reflexión difusa En

Los rayos reflejados salen en todas las direcciones

superficies rugosas 05/09/2012

Los rayos reflejados salen en una misma dirección

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.2. La luz se refleja

Los rayos reflejados salen en todas las direcciones

Gracias a la reflexión difusa, puedes leer las páginas de un libro desde cualquier ángulo. Podemos percibir los objetos y sus formas gracias a la reflexión difusa de la luz en su superficie.

La superficie de las 05/09/2012 páginas es rugosa Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Imágenes en un espejo plano

objeto

imagen virtual

Los rayos parecen venir del punto B

Observa con detenimiento lo que ocurre cuando miramos algo en un espejo plano 05/09/2012

El objeto parece estar “detrás del espejo”

espejo

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Imágenes en un espejo plano imagen virtual

real

espejo

Dibujando rectas perpendiculares al espejo desde cada punto y se prolonga exactamente la misma distancia por detrás de éste. Uniendo todos los puntos, se obtiene la imagen. 05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Imágenes en un espejo plano real

¿Serías capaz de dibujar la imagen virtual de tu mano derecha?

espejo

¿Por qué las ambulancias llevan el letrero escrito al revés en la parte delantera? 05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Imágenes en espejos curvos

Espejo cóncavo

Los rayos que llegan paralelos se reflejan pasando por un punto llamado Foco (F) C = Centro de curvatura

En un espejo convexo, el Foco (F) está situado detrás del mismo. Espejo convexo 05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Imágenes en espejos curvos

Espejo cóncavo

Espejo convexo

Fíjate detenidamente en estos dibujos para comprender mejor cómo se ven las cosas en estos espejos curvos. 05/09/2012

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.3. La luz se refracta

Cuando la luz pasa de un medio a otro, por ejemplo, del aire al agua, se desvía (cambia de dirección), es decir, rayo se refracta. incidente ¿Recuerdas?... La velocidad de propagación también es distinta en los distintos medios. Además de cambiar la dirección, cambia la velocidad.Elaboró: YOVANY LONDOÑO 05/09/2012

rayo refractado

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Algunas propiedades de la luz 2.3. La luz se refracta

También hay refracción cuando el rayo pasa del agua al aire:

Cuando la luz pasa de un medio a otro, por ejemplo, del aire al agua, se desvía (cambia rayo de dirección), es decir, incidente se refracta. ¿Recuerdas?... La velocidad de propagación también es distinta en los distintos medios. Además de cambiar la dirección, cambia la velocidad.Elaboró: YOVANY LONDOÑO 05/09/2012

rayo refractado

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Algunas propiedades de la luz 2.3. 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.Elaboró: YOVANY LONDOÑO 05/09/2012

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Algunas propiedades de la luz 2.3. La luz se refracta

¿Por qué parece doblarse el palo al introducirlo en el agua?

Este es uno de los efectos ópticos más curiosos de la refracción. Al introducir un palo en el agua, parece que se ha doblado cuando se contempla desde la superficie, porque los rayos que provienen del extremo sumergido del palo sufren una refracción, al pasar del agua al aire, que los aleja de la normal y los dirige a nuestros ojos. Los rayos parecen Desde nuestra posición, esos rayos parecen proceder del punto A, donde proceder del punto A vemos realmente la imagen del palo. Por esta razón tenemos la sensación de que el palo “se ha doblado” al entrar en el agua. 05/09/2012 Elaboró: YOVANY LONDOÑO 56

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Algunas propiedades de la luz 2.3. La luz 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. Normal

Normal Se aleja de la normal

Aire Agua Se acerca a la 05/09/2012 normal

Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.3. La luz se refracta

Sustancia Índice de refracción

Agua Aire Benceno

Etanol Vidrio Cuarzo Hielo

Diamante 05/09/2012

1,333 1,0003 1,501 1,361 1,58 1,544 1,309 2,419

La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio en el que pueda propagarse se denomina índice de refracción (n) de ese medio.

c n= v

c = velocidad de la luz en el vacío = 300.000 Km/s v = velocidad de la luz en el medio (sustancia)

Como c es siempre mayor que v, el índice de refracción de cualquier medio será siempre mayor o igual a 1 Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.3. La luz se refracta

prisma de vidrio

El rojo se desvía menos, y el violeta más

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La luz blanca es una mezcla de colores. Como cada color tiene su propio índice de refracción, se desvía más o menos. El resultado es que la luz se descompone en “los colores del arco iris”

A veces las nubes dispersan la luz solar Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Algunas propiedades de la luz 2.3. La luz se refracta

Su funcionamiento se basa en la refracción de la luz cuando atraviesa el vidrio

Podemos encontrarlas como lupas o en aparatos como telescopios, microscopios, cámaras, gafas…

Aire

Vidrio

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F

Son más gruesas por el centro que por los extremos. Los rayos refractados por estas lentes convergen (*) en un punto llamado foco (F) (*) Converger: dirigirse hacia un mismo lugar.

Las lupas son lentes convergentes

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Por eso puede hacerse un fuego con los rayos del Sol: se orienta adecuadamente una lupa y se ponen hojas secas en F Elaboró: YOVANY LONDOÑO

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Son más gruesas por los extremos que por el centro. Los rayos refractados no convergen en un punto, sino que se separan (divergen). 05/09/2012

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F

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Biconvexa

Bicóncava Las lupas son lentes convergentes biconvexas

Plano-convexa

Plano-cóncava

Menisco-convexa 05/09/2012

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Menisco-cóncava 64

El aparato más sencillo construido con una lente es la lupa. Utilizándola adecuadamente, podemos ver aumentada la imagen.

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Si el objeto está cerca de la lupa la imagen se forma derecha y aumentada Pero una lupa también puede formar una imagen más pequeña e invertida de los objetos lejanos:

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La luz y la materia: los colores de las cosas

Según su comportamiento frente a la luz, los cuerpos se clasifican en:

Transparentes

Opacos

Translúcidos

La luz puede atravesarlos. Podemos ver a través de ellos.

La luz no puede atravesarlos. No podemos ver a través de ellos.

La luz puede atravesarlos en parte. Podemos ver a través de ellos, pero borroso. 67

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La luz y la materia: los colores de las cosas

Las cosas pueden ser transparentes, opacas o translúcidas.

Pero ¿a qué se debe el hecho de que muchos cuerpos presenten, además, colores?

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La luz y la materia: los colores de las cosas Como hemos visto, la luz blanca se descompone en una banda de colores cuando atraviesa un prisma. Esto quiere decir que:

La luz blanca se compone de los diferentes colores del arco iris: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo. En realidad, existen tres colores: rojo, verde y azul, denominados colores primarios, que al mezclarse en diferentes proporciones dan lugar a todos los demás. Si se mezclan en las mismas cantidades producen luz blanca. 05/09/2012

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La luz y la materia: los colores de las cosas Se da en cuerpos trasparentes y translúcidos, que absorben todos los colores menos uno. El aceite es verde porque absorbe todos los colores menos el verde, que lo atraviesa.

Se da en cuerpos opacos que absorben todos los colores menos uno, que es reflejado. Vemos la bombona naranja porque ese es el color que refleja.Elaboró: YOVANY LONDOÑO 05/09/2012

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La luz y la materia: los colores de las cosas Pigmentos puros y negro

Los pigmentos son sustancias que absorben ciertos colores y reflejan otros. Para obtener cualquier color solo se necesitan tres pigmentos puros: el magenta, el amarillo y el cian.

Magenta

Amarillo

Cian

El magenta es una mezcla de los colores primarios rojo y azul. El cian, de verde y azul. El amarillo, de rojo y verde. La pintura cian refleja el verde y el azul y absorbe el rojo. La pintura amarilla absorbe el azul y refleja el rojo y el verde. 05/09/2012 Si se

Elaboró: YOVANY LONDOÑO mezclan los tres colores se obtiene el negro

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El ojo y la vista

El ojo humano es un complejo instrumento óptico. La parte receptora es la retina, con células fotosensibles llamadas conos y bastones. Los bastones son sensibles a poca luz, pero no distinguen los colores. Los conos funcionan con más luz, y los hay de tres tipos que captan los colores básicos: azul, rojo y verde. 05/09/2012

El cristalino es una lente convergente biconvexa

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El ojo y la vista

En la retina se forma una imagen invertida y más pequeña del objeto real que estamos viendo.

El cristalino es una lente convergente biconvexa que nos permite enfocar la visión. 05/09/2012

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Entra ahora aquí y repasa lo aprendido

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