miércoles, 25 de noviembre de 2009

reflexion difusa y especular


Reflexión especular

– si la superficie de un material es microscópicamente lisa y plana, como en el caso del vidrio float, los haces de luz incidentes y reflejados crean el mismo ángulo con una normal a la superficie de reflexión produciendo una reflexión especular.




Reflexión difusa

– si la superficie de un material es ‘rugosa’, y no microscópicamente lisa, se producirán reflexiones difusas. Cada rayo de luz que cae en una partícula de la superficie obedecerá la ley básica de la reflexión, pero como las partículas están orientadas de manera aleatoria, las reflexiones se distribuirán de manera aleatoria. Una superficie perfecta de reflexión difusa en la práctica reflejaría la luz igualmente en todas direcciones, logrando una terminación mate perfecta.
Las superficies de vidrio con dibujo o delicadamente grabadas producen significativas reflexiones difusas.

¿porque se refleja la luz?

La luz siempre se refleja en la interfaz de dos materiales, pero a veces es posible observarla y otras no. La primera opcion resulta cuando la superficie es lisa, es decir, las irregularidades no son comparables a la longitud de onda, como se observa en un cristal. Lo otro sucede cuando si son comparables en la longitud de onda de la fuente, lo cual se llama reflexion difusa: cada onda reflejada toma un camino "aleatorio", por lo cual no se ve una reflexion "limpia".Ten en cuenta que la luz es un tipo de onda, y las ondas cuando viajan por un material y llegan a otro, siempre se transmiten y reflejan.Aunque tambien existe la posibilidad que cuando la interfaz es de cierto material, éste absorba la onda en casi su totalidad, por o que la relfexion observada es minima.En cuanto a la dualidad, no es correto afirmar que se comporta como dos cosas a la vez: cuando viaja tiene comportamiento de onda, por lo cual siempre la veras trasmitiendose y reflejandose; pero cuando interactua con la materia, se comporta como particula.

intencidad de iluminacion

La intensidad de iluminación denomina la relación entre el flujo de luz que alcanza por unidad de superficie. La unidad es lux. 1 lux= 1 lumen/m2. Esta unidad es relevante para la valoración de la zona de trabajo. En las diferentes normativas europeas (DIN, UNE, ISO...), en cuanto a acondicionamiento del lugar de trabajo, se indica que los valores de intensidad de luz deben oscilar entre 500 y 1500 lux. Para poder establecer una comparación diríamos que al aire libre en un día de sol al mediodía tendríamos entre 80.000 y 100.000 lux. La intensidad de iluminación ejerce un efecto directo sobre el ser humano, una influencia sobre la capacidad de visión, bienestar, seguridad en el trabajo y economía. La intensidad de luz está en función de la distancia de la fuente de luz. A cuanta más distancia se haga la medición, menor será el valor registrado. Esto significa en una habitación que la claridad disminuye conforme aumenta la distancia de la ventana. A una distancia de 5-6 m de la ventana y con una altura de la habitación de aproximadamente 3 metros se precisa iluminación artificial para alcanzar el valor de lux recomendable. Cuanto más envejece el hombre, más luz necesita para ver. Por ello, el valor indicao más arriba de 500 lux es un valor mínimo del cual no se debería bajar, pero que, sin embargo, sí puede ser aconsejable su incremento en una medida razonable.


Intencidad luminosa


En fotometría, 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 Sistema Internacional de Unidades es la candela (cd), que es una unidad fundamental del sistema. Matemáticamente, su expresión es la siguiente:

donde:
es la intensidad luminosa, medida en candelas.
es el flujo luminoso, en
lúmenes.
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, entonces:

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.
Su unidad de medida en el
Sistema Internacional de Unidades es el lumen (lm) y se define a partir de la unidad básica del SI, la candela (cd), como:

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, entonces:
Bajo
condiciones fotópicas una luz monocromática de 555 nm (color verde) con un flujo radiante de 1W, genera un flujo luminoso de 683,002 lm, que corresponde con la máxima respuesta del ojo humano. Por otro lado, el mismo flujo de radiación situado en otra longitud de onda diferente de la del pico, generaría un flujo luminoso más pequeño, de acuerdo con la curva .

lunes, 23 de noviembre de 2009

umbra y penumbra



Penumbra

La penumbra (del latín paenes "casi, casi", y Umbra "sombra") es la región en la que sólo una parte del cuerpo que oculta es ocultar la fuente de luz. Un observador en la penumbra experimenta una
eclipse parcial.
Una definición alternativa es que la penumbra es la región donde algunos o todos los de la fuente de luz se oculta (es decir, el cono de sombra es un subconjunto de la penumbra). Por ejemplo,
NASA's de navegación y auxiliares de Información sobre la define que un cuerpo en el cono de sombra también en la penumbra.




Umbra

La umbra (en latín: "sombra") es la parte más oscura de la sombra. Desde dentro de la umbra, la fuente. En astronomía, un observador en la umbra se dice que está en la sombra experimentar un eclipse total.

La luz como onda y particula



La luz como onda

En el siglo XIX Fresnel y Young observaron los fenómenos de interferencia y difracción para la luz, que no se podían explicar con la hipótesis de Newton, y Foucault midió la velocidad de la luz en diferentes medios y observó que al pasar del aire al agua disminuía su velocidad, tal como había propuesto Huygens.
Estos descubrimientos permitieron que se consolidaran las ideas de Huygens sobre la naturaleza ondulatoria de la luz, aunque todavía quedaban algunas cuestiones sin resolver relacionadas con la propia naturaleza de la luz y con su propagación en el vacío.
La propagación de la luz:
Uno de los problemas más complejos para explicar la naturaleza ondulatoria de la luz ha sido preguntarse cuál es el medio que vibra.
Podemos oir el sonido en el aire o bajo el agua porque tanto el aire como el agua son los medios materiales que transportan las ondas. En el vacío no se propaga el sonido porque no hay ningún medio que pueda vibrar.
Sin embargo la luz sí que puede viajar por el vacío y este hecho no ha resultado fácil de explicar. En un principio los físicos suponían que debía haber "algo" en el vacío que sirviera para transportar las ondas luminosas, pero nadie podía detectarlo.
En un principio se comenzó a teorizar sobre la existencia de un "éter" que ocupaba el vacío y no podía ser eliminado. Se suponía que el éter era el medio por el que viajaba la luz.
Por un lado el éter debía ser un medio muy rígido para poder justificar la alta velocidad de propagación de la luz y por otro lado, si se trataba de un medio tan rígido, no se explicaba por qué los objetos se podían mover a través de él sin apenas resistencia. La idea del éter se mantuvo viva hasta que a principios del siglo XX Einstein justificó que determinados tipos de ondas, como la luz, podían desplazarse en el vacío.
La naturaleza de la luz: Ondas electromagnéticas

En 1860, Maxwell publicó su teoría matemática sobre el electromagnetismo que predecía la existencia de ondas electromagnéticas que se propagaban a la misma velocidad que la luz.
Por ello argumentó que la luz y otras ondas que se conocían como las de radio consistían en un mismo fenómeno: eran ondas electromagnéticas que se diferenciaban sólo en su frecuencia.
Hoy consideramos que una onda electromagnética es única, aunque se compone de dos perturbaciones: un campo eléctrico vibrando perpendicularmente a un campo magnético.


La luz como partícula

Aunque la teoría ondulatoria es generalmente correcta cuando describe la propagación de la luz, falla a la hora de explicar otras propiedades como la interacción de la luz con la materia.
Cuando, en 1887, Hertz confirmó experimentalmente la teoría de Maxwell, también observó un nuevo fenómeno, el efecto fotoeléctrico, que sólo puede explicarse con un modelo de partículas para la luz:
El fotón: partícula de luz
Einstein ha contribuido enormemente a nuestro conocimiento sobre la luz. No sólo demostró que la velocidad de la luz en el vacío (aproximadamente 300.000 km/s) no puede ser superada, sino que introdujo la idea del cuanto de luz.
En esencia la idea de Einstein consiste en considerar que la luz está formada por partículas ya que los cuantos son pequeños "paquetes" indivisibles de energía, a los que llamó fotones. Recuerda que Newton planteó la idea de la luz compuesta de partículas, a las que llamó corpúsculos. Los fotones pueden tener diferente energía dependiendo de su frecuencia, así una radiación de frecuencia elevada está compuesta de fotones de alta energía. La relación entre la frecuencia y la energía es:
E = hf
donde E = energía ,h = constante de Planck y f = frecuencia.
Esta idea de Einstein explica por qué algunas radiaciones como la ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son perjudiciales para los seres vivos. Recuerda que todas estas radiaciones se encuentran en la zona de mayor frecuencia del espectro electromagnético, y por tanto tienen asociada una energía muy alta que puede producir alteraciones en nuestras células e incluso en nuestro ADN.


El efecto foto eléctrico

Es un curioso fenómeno que consiste en que los electrones de la superficie de algunos metales se desprenden cuando se hace incidir la luz sobre ellos. Se descubrió que éstos electrones tenían una energía que nunca superaba una cantidad máxima.
Si se usaba un luz más intensa se producían más electrones pero no se aumentaba su energía. Este hecho era inexplicable con la teoría de ondas ya que, según ella, si se utilizaba una luz de mayor frecuencia debería aumentar también la energía de los electrones desprendidos.
La idea de la luz compuesta por fotones también la utilizó Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico y recibió por ello el Premio Nobel en 1921.
Así, planteó que los electrones sólo absorbían un cuanto de energía, es decir un fotón, de manera que si se aumenta la frecuencia de la luz incidente se consigue que se desprenda mayor número de electrones por unidad de tiempo, pero su energía no aumentará porque todos ellos han absorbido la misma cantidad: un fotón.

La naturalesa de la luz

La naturaleza física de la luz ha sido uno de los grandes problemas de la ciencia. Desde la antigua Grecia se consideraba la luz como algo de naturaleza corpuscular, eran corpúsculos que formaban el rayo luminoso. Así explicaban fenómenos como la reflexión y refracción de la luz. Newton en el siglo XVIII defendió esta idea, suponía que la luz estaba formada por corpúsculos lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. Escribió un tratado de Óptica en el que explicó multitud de fenómenos que sufría la luz.
En 1678 Huygens defiende un modelo ondulatorio , la luz es una onda. Con este modelo se explicaban fenómenos como la interferencia y difracción que el modelo corpuscular no era capaz de explicar. Así la luz era una onda longitudinal, pero las ondas longitudinales necesitan un medio para poder propagarse, y surgió el concepto de éter como el "medio" en el que estamos inmersos. Esto trajó aún más problemas, y la naturaleza del eter fue un quebradero de cabeza de muchos científicos.
La solución al problema la dió Maxwell en 1865, la luz es una onda electromagnética que se propaga en el vacío. Quedaba ya por tanto resuelto el problema del éter con la aparición de estas nuevas ondas.
Maxwell se basó en los estudios de Faraday del electromagnetismo, y concluyó que las ondas luminosas son de naturaleza electromagnética. Una ONDA ELECTROMAGNÉTICA se produce por la variación en algún lugar del espacio de las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia. No necesita ningún medio para propagarse, son ondas transversales.
Una carga eléctrica oscilando con una determinada frecuencia, produce ondas electromagnéticas de la misma frecuencia. La velocidad con la que se propagan estas ondas en el vacío es:
c = 3 10 8 m/s

La propagacion de la luz

En cada medio la luz se propaga en forma rectilínea o se propaga en línea recta. Por ejemplo vidrio y el agua son materiales que dejan pasar la luz en líneas rectas. Por lo tanto, decimos que son transparentes o traslucidos a la luz.
En cambio los materiales que absorbe la luz sin reemitirla, impidiendo así su paso; son llamados opacos.
Por lo que la sombra que se produce es debido a que los rayos de luz no pueden llegar. Las sombras se caracterizan por que están conformados por dos regiones, una interior oscura y un borde mas claro. Se llama penumbra cuando se impide el paso de la luz, también es conocida como sombra parcial. Esta ocurre cuando se obstruye el paso parcial de una fuente puntual pero pede pasar la luz de otra fuente puntual.
Cuando un haz de luz ilumina un objeto, este absorbe algunos rayos de luz y los externos continuos su trayectoria en línea recta.
Propagación rectilínea de la luzTodos hemos observado que las sombras producidas por focos pequeños resultan nítidas y reproducen el contorno de los objetos.Cuando se trata de un foco extenso la sombra va acompañada de una zona de penumbra, que se explica por la propagación rectilínea de la luzNingún foco puede ser perfectamente puntual, por lo tanto cualquier sombra irá acompañada de una zona de penumbra. Cuanto más extenso sea el foco luminoso en relación con el objeto, mayor será la zona de penumbra y menor la de sombra.Esto que decimos ocurre si la luz se propaga en un medio homogéneo ya que si cambia de medio, por ejemplo del aire al vidrio, se produce un cambio de dirección que se conoce como refracción.La propagación rectilínea de la luz se explica muy bien con el modelo corpuscular: las partículas de luz emitidas por el foco se mueven en un medio homogéneo con movimiento rectilíneo y uniforme ya que no hay fuerzas resultantes actuando sobre ellas.La teoría ondulatoria también explica la propagación rectilínea de la luz ya que a medida que nos alejamos del foco luminoso, el frente de ondas se hace más plano.

La luz optica

Sabemos que durante el día la fuente de luz primaria que nos llega es el sol y la fuente de luz secundaria es el cielo. Otras fuentes de luces comunes son las llamas los filamentos de las ampolletas y los gases que emiten luz dentro de un tubo de vidrio.
La mayor parte de los objetos que nosotros vemos es debido a que refleja la luz que emiten estás fuentes Desde tiempos antiguos muchos filósofos tales como, Sócrates y Platón pensaba que ver se producía a que el ojo emitía filamento que hacían contacto con el objeto.