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Luz

Sombras y propagación rectilínea de la luz, espejos, refracción y reflexión interna total, lentes y el ojo, colores y prismas, y el largo esfuerzo por medir la rapidez de la luz. En el laboratorio de ondas sigues rayos a través de vidrio, agua y lentes, trazados con la ley de Snell y la ecuación de las lentes delgadas.

Progreso

Acerca de este curso

En 1849 Hippolyte Fizeau midió el tiempo de la luz en un recorrido de ida y vuelta de unos 17 km con una rueda giratoria de 720 dientes. Así aparece en este curso el largo esfuerzo por medir la velocidad de la luz, como la última de seis unidades sobre cómo se comporta la luz. Las unidades anteriores tratan de lo que puedes ver con tus propios ojos: sombras, espejos, vidrio, agua, lentes y arcoíris.

Las unidades empiezan con las sombras. En un eclipse solar total, el centro oscuro de la sombra de la Luna suele cubrir una franja de menos de 50 millas de ancho, mientras que la penumbra abarca mil millas o más. Sigue la reflexión, con el dato de que un espejo plano solo necesita medir la mitad de tu estatura para mostrarte el cuerpo entero. En la unidad de refracción, la luz dentro de un diamante solo puede salir si llega a la superficie a menos de 24.4° de la normal, y por eso los diamantes brillan. Las lentes y el ojo muestran que el ojo aumenta su potencia de unas 50 a 54 dioptrías para enfocar un libro a 25 cm. En la unidad del color, el vidrio crown tiene un índice de refracción de 1.530 para la luz violeta de 410 nm y de 1.512 para el rojo de 660 nm, así que el violeta se desvía más. El laboratorio de ondas traza rayos con la ley de Snell y la ecuación de las lentes delgadas. Si reduces la lámpara a un punto, la penumbra desaparece, y si arrastras la flecha del objeto más allá de 2F, verás que la imagen se encoge.

La dispersión no siempre es bienvenida. OpenStax señala que la luz blanca enviada por una fibra óptica se ensancharía en el tiempo, lo cual es una de las razones por las que las redes de fibra usan láseres.

Antes de empezar

La refracción y el color se entienden mejor si has visto la longitud de onda en Ondas y sonido, aunque las unidades de rayos sobre sombras y espejos se sostienen solas. Unas pocas preguntas usan senos y la fórmula de las lentes, así que Trigonometría es una base útil, junto con una calculadora.

Al terminar

Después podrás calcular el ancho de una sombra con triángulos semejantes, explicar por qué un espejo de cuerpo entero solo necesita la mitad de tu estatura y hallar el ángulo crítico del diamante. Podrás ubicar la imagen que forma una lente, expresar la potencia del ojo en dioptrías, decir dónde debe estar el Sol para que haya un arcoíris y seguir la medición de la velocidad de la luz de Fizeau con la rueda dentada.

  1. 1La luz viaja en línea recta: las sombrasEn un eclipse solar total, el centro oscuro de la sombra de la Luna suele cubrir una franja de menos de 50 millas de ancho, mientras que la sombra parcial abarca mil millas o más.
  2. 2Reflexión y espejosPara verte de cuerpo entero en un espejo plano basta con que mida la mitad de tu altura, sin importar dónde te coloques.
  3. 3Refracción y reflexión interna totalLa luz dentro de un diamante solo puede salir si incide en la superficie a menos de 24.4° de la normal; por eso los diamantes centellean.
  4. 4Las lentes y el ojoTu ojo enfoca un libro a 25 cm aumentando su potencia de unas 50 a 54 dioptrías, un cambio del 8%.
  5. 5Colores, prismas y arcoírisEl vidrio crown desvía la luz violeta de 410 nm un poco más que la roja de 660 nm, porque su índice de refracción es 1.530 para el violeta y 1.512 para el rojo.
  6. 6Medir la rapidez de la luzEn 1849, Hippolyte Fizeau cronometró la luz en un recorrido de ida y vuelta de unos 17 km con una rueda giratoria de 720 dientes.

Cursos relacionados

  • Movimiento
    Posición, rapidez, velocidad y aceleración, y después la caída y el vuelo de los objetos. En el laboratorio de movimiento lanzas una pelota en la Tierra, la Luna o Marte y ves cómo se calculan el tiempo, la altura y el alcance.
  • Fuerzas
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  • Ondas y sonido
    Qué es una onda, cómo se relacionan la longitud de onda, la frecuencia y la rapidez, cómo se propaga el sonido, cómo se suman las ondas, por qué las cuerdas y los tubos suenan con notas determinadas y qué es el espectro electromagnético. En el laboratorio de ondas ves cuerdas, resortes, sonido en un tubo, cubetas de ondas y ondas estacionarias, calculados con las mismas fórmulas de las unidades.
Fuentes de este curso (16)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 25.2 The Law of Reflection (θr = θi, diffuse vs mirror reflection, image as far behind the mirror)
  • 25.3 The Law of Refraction (Roemer 1676 data -> 2.26 × 10⁸ m/s, about 25% low; Michelson rotating mirrors with a fixed mirror 35 km away, 0.04%; c = 2.99792458 × 10⁸ m/s; n = c/v; Table 25.1 air 1.000293, water 1.333, ice 1.309, crown glass 1.52, flint 1.66, polystyrene 1.49, zircon 1.923, diamond 2.419; Snell's law; 30.0° -> 22.0° gives 1.33; air to diamond 30.0° -> 11.9°; zircon 1.56 × 10⁸ m/s; Ibn Sahl 984; Snell 1580 to 1626; lawn-mower analogy)
  • 25.4 Total Internal Reflection (mirror more than 90%; θc = sin⁻¹(n2/n1); polystyrene 42.2°, water 48.6°, diamond 24.4°; fibre optics, cladding; corner reflectors on bicycles and on the Moon; binoculars)
  • 25.5 Dispersion (Kamal al-Din al-Farisi 1267 to 1319, camera obscura and a water-filled glass vessel; Theodoric of Freiberg; Ibn al-Haytham; about six rainbow colours; Table 25.2 n at 660/610/580/550/470/410 nm; violet bent most; rainbow seen looking away from the Sun; secondary rainbow from two reflections; lasers disperse little)
  • 25.6 Image Formation by Lenses (ray tracing rules, P = 1/f in diopters, 1/do + 1/di = 1/f, m = −di/do, 0.750 m object and f = 0.500 m -> 1.50 m and m = −2.00, magnifier do 7.50 cm -> di −30.0 cm and m = 4.00, Table 25.3 three cases)
  • 26.1 Physics of the Eye (cornea and lens act as one thin lens, most bending at the cornea, cornea n 1.38, lens-to-retina 2.00 cm, near point 25 cm, power 50.0 D to 54.0 D, hair 1.20 × 10⁻² cm at 60.0 cm)
  • 27.3 (Young 1801)
  • NASA science.nasa.gov/eclipses/geometry (umbra, penumbra; typical umbral path may be less than 50 miles wide, penumbra a thousand miles or more) and nasa.gov image article Diagram of Umbra and Penumbra (umbra shrinks, penumbra grows away from the Sun)
  • NASA Visible Light page (Newton 1665 prism experiment, 380 to 700 nm)
  • Royal Society, Fara 2015 commentary on Newton (1672) New Theory about Light and Colours (royalsocietypublishing.org/rsta/article/373/2039/20140213)
  • NIST Meter page (Evenson group 299 792 456.2 ± 1.1 m/s; 1983 definition fixes c = 299 792 458 m/s) and NIST J. Res. 1972 measurement (tf.nist.gov/general/pdf/527.pdf)
  • APS News July 2010, Fizeau (Galileo lanterns; Roemer 1676; Fizeau 1849, 313 300 km/s, about 5% high)
  • Wikipedia Fizeau's measurement (8633 m, 720 notches, 25.2 turns per second -> 313 274 304 m/s, 4.5% high) and Speed of light (Galileo proposal 1638; Foucault 1862 298 000 ± 500 km/s, −0.60%; Michelson 1926 299 796 ± 4 km/s)
  • Baez and DESY "How is the speed of light measured?" (same table)
  • NASA Moon Fact Sheet (mean distance 384 400 km)
  • IAU 2012 astronomical unit 149 597 870 700 m.

Fecha de consulta: 2026-10-17