Luz
¡Usamos luz para ver!
la luz Visible es la parte del espectro electromagnético que nuestros ojos pueden ver:
es sólo una pequeña parte del espectro total, ¿no?
Espectro visible
Luz visible: las longitudes de onda que son visibles para la mayoría de los ojos humanos.
Los colores principales, en orden, van «Roy G Bv»: Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta
Como vemos en este hermoso arco iris:
La luz tiene longitudes de onda de aproximadamente 380 nm a 750 nm
nm significa nanómetro, una milmillonésima parte de un metro.
Ejemplo: la luz roja tiene una longitud de onda de aproximadamente 700 mil millonésimas de metro. Pequeño!
Las definiciones varían, pero aquí hay una guía aproximada:
| Color | Wavelength Range (nm) |
|---|---|
| Red | 620–750 |
| Orange | 590–620 |
| Yellow | 570–590 |
| Green | 495–570 |
| Blue | 450–495 |
| Violet | 380–450 |
The frequency of red light is about 400 THz (and for violet is about 800 THz)
THz means teraHertz, a trillion cycles per segundo
Así que la luz roja vibra a unos 400 millones de millones de ciclos por segundo. Rápido!
Una frecuencia más alta (con longitud de onda más corta) tiene más energía:
- La luz roja tiene una frecuencia más baja, una longitud de onda más larga y menos energía
- La luz azul tiene una frecuencia más alta, una longitud de onda más corta y más energía
Es decir, 300 millones de metros por segundo, o:
- 3 × 108 m/s
- 300.000 km/s
- 186,000 millas por segundo
A que velocidad viaja la luz:
| Distancia | Tiempo | |
|---|---|---|
| 1 metro | a | 3.3 ns (3.3 milmillonésimas de segundo) |
| Alrededor de la Tierra del ecuador | a | 134 ms (134 milésimas de segundo) |
| Desde la Tierra a la Luna | a | 1.3 s |
| de la Superficie del Sol a la Tierra | a | 8 minutos |
es tan rápido, pero tarda unos 8 minutos desde la superficie del Sol a la Tierra.
El símbolo para esta velocidad es c:
c = 300,000,000 m/s
La luz Puede viajar más lenta
No deberíamos llamarlo la velocidad de la luz, en primer lugar porque se aplica a todo el espectro electromagnético, y a las ondas de gravedad, ¡y más! (Tal vez podríamos llamarlo «Velocidad máxima»!)
¡Pero también porque la luz solo viaja a esa velocidad en el vacío! Puede viajar más lento …
| Medio | Velocidad millones de m/s |
|---|---|
| Vacío | 299.8 |
| Aire | 299.7 |
| Hielo | 228 |
| Agua | 225 |
| Etanol | 220 |
| de Vidrio | 205 |
| aceite de Oliva | 204 |
| Diamante | 123 |
longitud de Onda y la Frecuencia están Vinculados
La longitud de Onda y la Frecuencia están relacionadas con:
Frecuencia = VelocityWavelength
la longitud de Onda = VelocityFrequency
Suponiendo que la luz en el vacío, la velocidad es la velocidad de la luz:3 × 108 m/s
Probemos un ejemplo simple (en este caso no una longitud de onda de la luz):
Imagine una longitud de onda muy larga de 75,000 km
Frecuencia = 300,000 km/s75,000 km
= 4 /s
= 4 Hz
Podemos ajustar 4 de esas longitudes de onda en 300.000 km, por lo que vibra 4 veces en 1 segundo.
Así que la frecuencia es de 4 Hz (4 por segundo)
O, al revés, si sabemos que vibra 4 veces por segundo, podemos calcular su longitud de onda:
Longitud de onda = 300.000 km/s4 /s
= 75.000 km
Ejemplo: La luz azul tiene una longitud de onda de aproximadamente 480 nm (480 × 10-9 m)
Por lo que la frecuencia es:
Frecuencia = 3 × 108 m/s480 × 10-9 m
= 6.25 × 1014 /s
= 6.25 × 1014 Hz
Que es de 625 terahercios
La luz viaja en líneas rectas
La luz viaja en línea recta hasta que golpea algo, o su trayectoria cambia por diferentes densidades o por gravedad.
La luz del Sol fluye a través de la carretera.Las sombras también muestran que la luz viaja en líneas rectas.
Esta luz se extiende un poco y es dispersada por la atmósfera.
Haces láser que hacen líneas rectas.
Onda
La luz se comporta como una onda, por lo que puede:
- reflejar (rebotan),
- dispersión (rebotar en todas las direcciones),
- refracta (cambia la velocidad y dirección)
- difractan (repartidos pasado una abertura)
- transmitir (pasa directamente a través de)
- o se absorbe
Fotones
la Luz también se comporta como paquetes de energía llamados Fotones.
- Podemos medir la posición y el momento de un fotón.
- Los fotones no tienen masa, pero cada fotón tiene una cantidad de energía basada en su frecuencia (número de vibraciones por segundo)
- Cada fotón tiene una longitud de onda
Por lo que es como una partícula y también como una onda. Esto se llama la «dualidad onda-partícula».
Einstein escribió:
«parece como si debemos utilizar a veces la teoría y a veces la otra, aunque a veces podemos usar cualquiera de los dos.»
Intensidad
La intensidad es potencia por área, generalmente en vatios por metro cuadrado:
Intensidad = W/m2
Ejemplo: Sol en una casa pequeña de 100 metros cuadrados
El Sol recibe de 150 a 300 vatios de energía por metro cuadrado.
Vamos a elegir el número más pequeño:
Intensidad = 150 W / m2
¿Cuánta potencia hay sobre todo el techo?
Potencia = 150 W / m2 × 100 m2
Potencia = 15.000 W
Por lo que una casa pequeña obtiene unos 15 kilovatios en su techo,que es varias veces más de lo que usa un hogar.
Pero eso es solo mientras brilla el Sol, y solo alrededor del 20% puede ser capturado por los paneles solares típicos
Pero eso sigue siendo mucha energía del Sol.
Inversa del Cuadrado
 |
Cuadrado Inverso: cuando un valor disminuye como el cuadrado de otro valor. |
Ejemplo: la luz y la distancia
cuanto más lejos estamos de una luz, menos brillante que es.
El brillo disminuye como el cuadrado de la distancia. Porque la luz se está extendiendo en todas direcciones:
- la energía dos veces más lejana se distribuye en 4 veces el área
- la energía 3 veces más lejana se distribuye en 9 veces el área
- etc
Polarización
La luz normalmente es libre de vibrar en cualquier dirección en ángulo recto con su trayectoria.
Pero la luz polarizada vibra en un solo plano:
La luz se polariza parcialmente cuando rebota en superficies como agua o vidrio.
Las lentes polarizadoras pueden bloquear la luz de ese plano, para reducir la luz reflejada y facilitar la visión en el agua:
Sin y con una lente polarizadora
Fibra óptica
La luz y el infrarrojo se pueden enviar a lo largo de cables de fibra óptica, llevando información codificada en la longitud de onda.
Cables de fibra óptica
La luz permanece en el interior debido a una propiedad especial de refracción: cuando el índice de refracción es más bajo en el exterior y el ángulo no es demasiado pronunciado, el haz de luz tiene una reflexión interna total en el interior:
La luz rebota en las paredes dentro del cable
Los cables de fibra óptica son mucho mejores que los cables eléctricos:
- Los cables obtienen más «ruido» (otras señales que distorsionan o interfieren con el original), rayos, etc.
- Los fotones no tienen masa, por lo que pueden intercambiar entre 0 y 1 rápidamente. Los electrones tienen masa y son lentos en comparación
- El vidrio tiene mucha menos resistencia a la luz que el cobre a las señales eléctricas, por lo que puede ir mucho más lejos sin necesidad de un impulso