FISICA TRES
miércoles, 12 de diciembre de 2012
martes, 11 de diciembre de 2012
OPTICA
Escuela
preparatoria oficial anexa a la normal de Sultepec
Física iii
“Óptica”
3° grado
grupo ii
Quinto semestre
Alumna: Beatriz
Adriana
Gómez
Vázquez.
Profesor: Antonio
Trujillo
Hernández.
Ciclo-escolar
2012-2013.
|
La óptica es la rama de la física que analiza las características y las propiedades de la luz,
estudiando cómo se comporta y se manifiesta.
Es la ciencia que estudia cómo emiten
luz los cuerpos luminosos, cómo ésta se propaga en los distintos medios y es
absorbida por los cuerpos. La óptica, en sentido amplio, estudia las imágenes,
incluidos actualmente los procesos digitales para
crearlas.
PROPAGACIÓN
DE LA LUZ:
Los
fenómenos más importantes que experimentan las ondas de luz en su propagación
son la reflexión y la refracción.
Una de las propiedades de la luz más
evidentes a simple vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la
propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de
atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte de esta premisa para predecir la
posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisión.
De la propagación de la luz y su
encuentro con objetos surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a
continuación una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el
origen de la luz o foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal
forma que, relativamente, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una
sombra definida. Si se acerca el foco al cuerpo surgirá una sombra en la que se
distinguen una región más clara denominada penumbra y otra más oscura denominada umbra.
Sin embargo, la luz no siempre se
propaga en línea recta. Cuando la luz atraviesa un obstáculo puntiagudo o una
abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este fenómeno, denominadodifracción, es el responsable de que al mirar a
través de un agujero muy pequeño todo se vea distorsionado o de que los
telescopios y microscopios tengan un número de aumentos máximo.
La luz emitida por una fuente luminosa
es capaz de llegar a otros objetos e iluminarlos. Este recorrido de la luz,
desde la fuente luminosa hasta los objetos, se denomina rayo luminoso.
Las características de la propagación
de la luz son:
• La luz se propaga en línea recta. Por eso
la luz deja de verse cuando se interpone un cuerpo entre el recorrido de la luz
y la fuente luminosa.
• La luz se propaga en todas las direcciones. Esa es la razón por la cual el Sol ilumina
todos los planetas del sistema solar.
• La luz se propaga a gran velocidad.
Si encendemos una bombilla (ampolleta)
en una habitación, inmediatamente llega la luz a cualquier rincón de la misma.
Es decir, la luz se propaga en todas direcciones. A no ser que encuentren
obstáculos en su camino, los rayos de luz van a todas partes y siempre en línea
recta.
Además, en el mismo momento de
encender la ampolleta vemos la luz. Esto ocurre porque la luz viaja desde la
ampolleta hasta nosotros muy rápido. La luz se propaga en el aire a una gran
velocidad. En un segundo recorre trescientos mil
(300.000) kilómetros. Sin embargo, la velocidad de la luz no es la misma
en todos los medios. Si viaja a través del agua, o de un cristal, lo hace más
lentamente que por el aire.
Propiedades
de la luz
Algunas propiedades de la luz, como el color, la intensidad, dependen del tipo de
fuente luminosa que las emita. No obstante, existen otras propiedades, como la reflexión y la refracción, que son comunes a todos los tipos de luz.
La
reflexión: la luz cambia de dirección
Al situarnos ante un espejo, en una habitación iluminada, vemos
nuestra imagen en él; es decir, nos vemos reflejados en el espejo. ¿A qué se
debe esto? Los rayos de luz que entran por la ventana nos iluminan y llegan
hasta el espejo. Al chocar con él cambian de dirección y vuelven hacia
nosotros. Esto nos permite ver lo que iluminaban a su paso, es decir, nos vemos
a nosotros mismos.
De la misma manera que una pelota
choca contra una pared, rebota y cambia de dirección, los rayos luminosos, al
chocar con una superficie como la del espejo, vuelven en una dirección distinta
de la que llevaban. Este fenómeno se llama reflexión.
FLUJO
LUMINOSO:
El flujo luminoso es la
medida de la potencia luminosa percibida. Difiere del flujo radiante, la medida
de la potencia total emitida, en que está ajustada para reflejar la
sensibilidad del ojo humano a diferentes longitudes de onda.
El flujo luminoso se obtiene ponderando la potencia para cada longitud de onda con la función de sensibilidad luminosa, que representa la sensibilidad del ojo en función de la longitud de onda. El flujo luminoso es, por tanto, la suma ponderada de la potencia en todas las longitudes de onda del espectro visible. La radiación fuera del espectro visible no contribuye al flujo luminoso. Así, para cualquier punto de luz, si representa el flujo luminoso , simboliza la potencia radiante espectral del punto de luz en cuestión y la función de sensibilidad luminosa
El flujo luminoso se obtiene ponderando la potencia para cada longitud de onda con la función de sensibilidad luminosa, que representa la sensibilidad del ojo en función de la longitud de onda. El flujo luminoso es, por tanto, la suma ponderada de la potencia en todas las longitudes de onda del espectro visible. La radiación fuera del espectro visible no contribuye al flujo luminoso. Así, para cualquier punto de luz, si representa el flujo luminoso , simboliza la potencia radiante espectral del punto de luz en cuestión y la función de sensibilidad luminosa
INTENSIDAD LUMINOSA:
La intensidad luminosa se
define como la cantidad de flujo luminoso que emite una fuente por unidad de
ángulo sólido. Su unidad de medida en el Sistem Internacional de Unidades es la
candela (cd), que es una unidad fundamental del sistema. Matemáticamente, su
expresión es la siguiente:
Iv=es la intensidad
luminosa, medida en candelas.
F=es el flujo luminoso, en lúmenes.
dn=es el elemento diferencial de ángulo sólido, en estereorradianes.
La intensidad luminosa se puede definir a partir de la magnitud radiométrica de la intensidad radiante sin más que ponderar cada longitud de onda por la curva de sensibilidad del ojo. Así, si es la intensidad luminosa, representa la intensidad radiante espectral y simboliza la curva de sensibilidad del ojo
F=es el flujo luminoso, en lúmenes.
dn=es el elemento diferencial de ángulo sólido, en estereorradianes.
La intensidad luminosa se puede definir a partir de la magnitud radiométrica de la intensidad radiante sin más que ponderar cada longitud de onda por la curva de sensibilidad del ojo. Así, si es la intensidad luminosa, representa la intensidad radiante espectral y simboliza la curva de sensibilidad del ojo
LEYES DE LA
REFLEXIÓN:
1.
1.a ley: el rayo incidente, el reflejado y
la normal están en el mismo plano.
2.
2.a ley: el ángulo de incidencia y el
ángulo de reflexión son iguales.
La refracción de la luz:
La refracción de la luz es el cambio
de dirección que experimenta un rayo luminoso al pasar de un medio a otro
(salvo en incidencia perpendicular, donde no hay cambio en la dirección de
propagación, aunque sí varía la velocidad de la luz al cambiar de medio).
El
índice de refracción (n)
relaciona la velocidad (v) de
la luz en un medio con la velocidad de la luz en el vacío (c): n = c/v.
El
índice de refracción, n, es siempre mayor que 1. Si
conocemos n para una
sustancia, podemos determinar la velocidad de la luz en su medio:
v = c n
LEYES DE LA
REFRACCIÓN:
·
1.a ley: el rayo incidente, la normal y el
rayo refractado están en el mismo plano.
·
2.a ley (ley de Snell): la relación entre
el valor del ángulo incidente y el ángulo de refracción depende de los índices
de refracción de los dos medios.
El comportamiento de la luz cuando
pasa de un medio a otro depende de los índices de refracción de ambos medios:
·
Cuando
el índice de refracción del segundo medio es mayor que el índice de refracción
del primer medio (n2 > n1), el rayo de luz se
acerca a la normal.
·
Cuando
el índice de refracción del segundo medio es menor que el índice de refracción
del primer medio (n2 <n1), el rayo de luz se aleja de la normal.
Los rayos de luz procedentes de los
objetos sumergidos en el agua se desvían al atravesar dos medios de diferente
densidad (agua-aire), originando estos curiosos efectos ópticos. (Recuerda que
vemos los objetos gracias a que reflejan la luz que les llega.)
Al colocar una moneda en el fondo de
un recipiente opaco lleno de agua, nos parece que la moneda se encuentra más
arriba porque siempre interpretamos que la luz se propaga en línea recta.
LAS LENTES:
Las
lentes tienen importantes aplicaciones. Se usan para corregir los defectos de
la vision en el hombre, para construir lupas y binoculares, objetivos de camara
fotografica, etc.
Las
lentes son medios transparentes, limitados generalmente por dos superficies
curvas o bien por una superficie plana y otra curva.
Al
incidir sobre una lente, un rayo luminoso sufre dos refracciones sucesivas al
atravesar las dos caras.
Hay
diferentes clases de lentes, segun la forma de las superficies curvas que las
limitan. Las mas importantes son la lentes esféricas delgadas. Se pueden clasificar en convergentes y divergentes.
Las
primeras se llaman asi porque tienden a unir (converger) los rayos que la atraviesan, mientras que
las segundas tienden a separarlos (divergir).
Las
lentes convergentes son mas gruesas en el medio que en los extremos. Pueden ser
de tres tipos:
- Biconvexas
- Planocovexas
- Cóncavo-Convexas
Elementos
Geométricos de una Lente
Los
elementos principales de una lente son:
- Centro de Curvatura
- Centro Óptico
- Eje Principal
- Eje Secundario
- Focos
- Distancia Focal
- Potencia de una Lente
Centros de Curvatura, los centros de
las superficies esféricas que forman las caras; Centro Óptico, el centro geométrico de la lente; Eje Principal, la recta que une los
centros de la curvatura; Eje
Secundario, cualquier recta que pase por el centro óptico; Focos, los puntos donde concurren los
rayos paralelos al eje principal después de atravesar la lente o sus
prolongaciones; Distancia Focal,
la que va desde el foco al centro óptico; y Potencia de una Lente, la inversa de su distancia focal (si esta
se expresa en metros, la potencia se obtiene en dioptrías).
Espejos:
Hay tres tipos de espejos:
·
Cóncavos o
divergentes:
si la curvatura de un espejo es "hacia adentro" desde el punto de
vista observado diremos que es un espejo cóncavo.
·
Convexos o
convergentes:
si la curvatura de un espejo esta "hacia afuera" desde el punto de
vista observado diremos que es un espejo convexo.
Espejos esféricos:
Elementos de un espejo esférico
Los espejos esféricos tienen
la forma de la superficie que resulta cuando una esfera es cortada por un
plano. Si la superficie reflectora está situada en la cara interior de la
esfera se dice que el espejo es cóncavo. Si está situada en la cara exterior se
denomina convexo. Las características ópticas fundamentales de todo espejo
esférico son las siguientes:
su formula es n=360/<a-1. Donde
n=numero de imagenes, 360=< perigonal, <a=angulo de abertura, -1=el
objeto reflejado.
Centro de curvatura C: Es el centro de la superficie esférica que
constituye el espejo.
Radio de curvatura R: Es el radio de dicha superficie.
Vértice V: Coincide con el centro del espejo.
Eje principal: Es la recta que une el centro de curvatura C con el vértice
V.
Foco: Es un punto del eje por el que pasan o donde convergen todos los
rayos reflejados que inciden paralelamente al eje. En los espejos esféricos se
encuentra en el punto medio entre el centro de curvatura y el vértice.
Formación de imágenes e espejos esféricos:
Cuando un rayo incidente pasa por el centro de curvatura, el rayo reflejado
recorre el mismo camino, pero en sentido inverso debido a que la incidencia es
normal o perpendicular.
Asimismo, cuando un rayo incide paralelamente al eje, el rayo reflejado
pasa por el foco, y, viceversa, si el rayo incidente pasa por el foco el
reflejado marcha paralelamente al eje. Es ésta una propiedad fundamental de los
rayos luminosos que se conoce como reversibilidad.
Con estas reglas, que son consecuencia inmediata de las leyes de la
reflexión, es posible construir la imagen de un objeto situado sobre el eje
principal cualquiera que sea su posición. Basta trazar dos rayos incidentes
que, emergiendo del extremo superior del objeto discurran uno paralelamente al
eje y el otro pasando por el centro de curvatura C; el extremo superior del
objeto vendrá determinado por el punto en el que ambos rayos convergen. Cuando
la imagen se forma de la convergencia de los rayos y no de sus prolongaciones
se dice que la imagen es real.
En la construcción de imágenes en espejos cóncavos y según sea la posición
del objeto, se pueden plantear tres situaciones diferentes que pueden ser
analizadas mediante diagramas de rayos:
a) El objeto está situado respecto del eje más allá del centro de curvatura
C. En tal caso la imagen formada es real, invertida y de menor tamaño que el
objeto.
b) El objeto está situado entre el centro de curvatura C y el foco F. La
imagen resulta entonces real, invertida y de mayor tamaño que el objeto.
c) El objeto está situado entre el foco F y el vértice V. El resultado es
una imagen virtual, directa y de mayor tamaño que el objeto.
Para espejos convexos sucede que cualquiera que fuere la distancia del
objeto al vértice del espejo la imagen es virtual, directa y de menor tamaño.
Dicho resultado puede comprobarse efectuando la construcción de imágenes
mediante diagramas de rayos de acuerdo con los criterios anteriormente
expuestos.
su formula es n=360/<a-1. Donde n=numero de imagenes, 360=<
perigonal, <a=angulo de abertura, -1=el objeto reflejado.
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FISICA NUCLEAR
Escuela preparatoria oficial anexa a la
normal de Sultepec
Física iii
“física nuclear”
3° grado
grupo ii
Quinto semestre
Alumna: Beatriz
Adriana
Gómez
Vázquez.
Profesor: Antonio
Trujillo
Hernández.
Ciclo-escolar
2012-2013.
|
·
La física nuclear
es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos.
·
La física nuclear es conocida mayoritariamente por la
sociedad, por el aprovechamiento de la energía
nuclear en centrales
nucleares y en el desarrollo de armas
nucleares, tanto de fisión como de fusión
nuclear.
·
En un contexto más amplio, se define la física nuclear y de partículas como la
rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las
interacciones entre las partículas subatómicas.
REACCIONES NUCLEAR:
Colisión
inelástica
·
La física nuclear incluye
también el estudio de las reacciones nucleares: el uso de proyectiles nucleares
para convertir un tipo de núcleo en otro. Si, por ejemplo, se bombardea el sodio con neutrones, parte de
los núcleos estables Na capturan
estos neutrones para formar núcleos radiactivos ²Na:
·
Estas reacciones se estudian
colocando muestras dentro de los reactores nucleares para producir un flujo
alto de neutrones (número elevado de neutrones por unidad de área).
·
Los núcleos también pueden
reaccionar entre ellos pero, si están cargados positivamente, se repelen entre
sí con gran fuerza.
·
Los núcleos proyectiles deben
tener una energía lo bastante alta como para superar la repulsión y reaccionar
con los núcleos blanco. Los núcleos de alta energía se obtienen en los ciclotrones, en los generadores de Van de Graaff y en otros aceleradores de partículas.
·
Una reacción nuclear típica es
la que se utilizó para producir artificialmente el elemento siguiente al uranio (238U),
que es el elemento más pesado existente en la naturaleza. El neptunio (Np) se
obtuvo bombardeando uranio con deuterones (núcleos del isótopo hidrógeno
pesado, 2H) según la reacción:
DESINTEGRACIÓN NUCLEAR
·
Los núcleos atómicos consisten
en protones, cargados positivamente y neutrones sin carga. El número de
protones de un núcleo es su número
atómico, que define al elemento químico.
·
Todos los núcleos con 11
protones, por ejemplo, son núcleos de átomos de sodio (Na). Un
elemento puede tener varios isótopos, cuyos
núcleos tienen un número distinto de neutrones. Por ejemplo, el núcleo de sodio
estable contiene 12 neutrones, mientras que los que contienen 13 neutrones son
radiactivos.
·
Esos isótopos se anotan como , donde el
subíndice indica el número atómico, y el superíndice representa el número total
de nucleones, es decir, de neutrones y protones. A cualquier especie de núcleo
designada por un cierto número atómico y de neutrones se le llama nucleido.
FISIÓN
·
Los conceptos de fisión y fusión nuclear difieren en las
características de formación de cada uno.
·
De esta forma se encuentra que la fisión (utilizada en
las bombas y reactores nucleares) consiste en el "bombardeo" de
partículas subatómicas al uranio (o a cualquier elemento transuránico, siempre
y cuando sus características lo permitan), trayendo como consecuencia la fisión
(de allí su nombre) del átomo y con esto la de los demás átomos adyacentes al
bombardeado en reacción en cadena. Mientras que, la fusión es la unión bajo
ciertas condiciones (altas presiones, altas temperaturas, altas cargas, etc.)
de dos o más átomos y genera mucha más energía que la fisión.
FUSIÓN
·
La fusión representa diversos problemas, ya que a nivel
atómico las cargas de los átomos se repelen entre sí impidiendo la unión de
estos, por esto se recurre generalmente a la utilización de isotópos ligeros,
con menor carga eléctrica (como el hidrógeno y sus isótopos deuterio y tritio).
·
En ciertas condiciones, definidas por los criterios de Lawson, se lograría la
fusión de dichos átomos. Para ello primero se les debe convertir al estado de
plasma, ionizándolos, favoreciendo a la unión. Esto se
consigue mediante dos métodos básicos: el confinamiento magnético y el confinamiento inercial. Existen varias
posibilidades para producir la fusión a partir de los isótopos del hidrógeno.
La energía de la fusión aún no se ha podido aprovechar
con fines prácticos.
Representa algunas
ventajas en relación a la fisión nuclear:
- Produce menos residuos nucleares.
- En los diseños actuales se necesita un aporte exterior de energía para
que la reacción en cadena se mantenga.
- Produce más energía por reacción.
También posee
desventajas:
- La reacción más energética es deuterio+tritio, y el tritio es un
isótopo muy escaso en la Tierra.
- Las condiciones necesarias son tan extremas que solo se dan en el
centro de las estrellas, por lo que son muy difíciles de alcanzar y
controlar.
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