Fisica Moderna

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

INGENIERÍA ELÉCTRICA

MATERIA: FISICA MODERNA

PRESENTA:

RAMÍREZ CRUZ SERGIO LUCIO

PROFESOR:

ING. ALFREDO CRUZ VALDIVIEZO

INDICE: UNIDAD I: LA NATURALEZA DE LA LUZ Y LA OPTICA GEOMETRICA.

1.1 REPASO HISTORICO SOBRE LA NATURALEZA DE LA LUZ Y LOS METODOS CIENTIFICOS QUE SE USARON PARA LLEVAR A CABO LOS DESCUBRIMIENTOS EN LA FÍSICA MODERNA.

1.2 REFLEXION Y REFRACCION.

1.3 REFLEXIÓN TOTAL INTERNA

1.4 PRINCIPIO DE HUYGENS.

UNIDAD II: FORMACION DE IMÁGENES.

2.1 IMÁGENES FORMADAS POR ESPEJOS.

2.2 IMÁGENES FORMADAS POR REFRACCION

2.3 LENTES DELGADOS.

UNIDAD III: INTERFERENCIA DE ONDAS LUMINOSAS.

3.1 CONCEPTO DE INTERFERENCIA.

3.2 EXPERIMENTO DE LA DOBLE RENDIJA DE YOUNG.

3.3 SUMA FASORIAL DE LAS ONDAS.

3.4 CAMBIO DE FASE POR REFLEXION.

3.5 DIFRACCION DE ONDAS LUMINOSAS.

3.6 POLARIZACION DE ONDAS LUMINOSAS.

UNIDAD IV: TEORIA CUANTICA.

4.1 HIPOTESIS DE PLANK, RADIACION DE CUERPO NEGRO.

4.2 MODELO ATOMICO DE BOHR.

4.3 FOTONES Y ONDAS ELECTROMAGNETICAS.

4.4 PROPIEDADES ONDULATORIAS DE LAS PARTICULAS.

4.5 PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE.

4.6 POSTULADOS DE LA MECANICA CUANTICA.

UNIDAD V: FISICA NUCLEAR.

5.1 CONCEPTOS BASICOS.

5.2 RADIOACTIVIDAD.

5.3 REACCIONES NUCLEARES.

5.4 FISION NUCLEAR.

5.5 FUSION NUCLEAR.

UNIDAD I: LA NATURALEZA DE LA LUZ Y LA OPTICA GEOMETRICA.

REPASO HISTÓRICO SOBRE LA NATURALEZA DE LA LUZ Y LOS MÉTODOS CIENTÍFICOS QUE SE USARON PARA LLEVAR A CABO LOS DESCUBRIMIENTOS EN LA FÍSICA MODERNA

Comenzaremos este repaso histórico de la física moderna, narrando los sucesos mas destacados a lo largo de la historia.

SIGLO XVII: Las primeras teorías conocidas acerca de la naturaleza de la luz datan de este siglo. Se destacan las teorías de Huygens, que consideraba la luz como una onda, y la de Newton, que en 1704 la describió como un flujo de partículas, explicando la reflexión de la luz como los "choques" de esas partículas en un espejo. No estaba claro qué era lo que vibraba en las ondas de Huygens, ni tampoco como estaban constituidas las partículas de Newton. La reputación que ya poseía éste último en la época hizo que mayoritariamente se aceptara la luz como un flujo de partículas.

Siglo XIX: En este siglo se logra dar explicación a fenómenos tales como la interferencia, la difracción y la polarización de la luz sobre la base del modelo ondulatorio. Fueron importantes las aportaciones de Young y Fresnel. En 1860 aparece la teoría de Maxwell del campo electromagnético, que relaciona la óptica con el magnetismo.

Fines del siglo XIX–principios del XX

Se detectan fenómenos que no se pueden explicar sobre la base del modelo ondulatorio, tales como:

La distribución de intensidades de los espectros de radiación de los sólidos a alta temperatura (radiación del cuerpo negro).

El efecto fotoeléctrico.

El efecto Compton.

Estos fenómenos lograron explicarse posteriormente sobre la base de modelos que no consideraban el carácter ondulatorio de la luz, sino que más bien lo rechazaban:

La teoría cuántica de la luz (Planck, 1900)

La teoría de los fotones de Einstein, 1905

Según este último modelo, la luz es un flujo de partículas, que Einstein denominó fotones, de energía E = hn donde n es la frecuencia asociada al flujo de partículas.

Esta ambigüedad es precisamente la característica esencial de esta teoría, que le atribuye a la luz conjuntamente propiedades de onda y de partícula. Esta particularidad de la luz se conoce como dualidad partícula-onda.

Hasta el momento no existe una teoría unificada capaz de explicar todos los fenómenos conocidos en que interviene la luz. Las teorías ondulatoria y corpuscular se complementan. Algunos fenómenos se explican correctamente utilizando la teoría ondulatoria, mientras que otros necesitan de la teoría corpuscular para ser analizados satisfactoriamente. El punto de vista moderno es considerar que la luz no es partícula ni es onda; se manifiesta como una o como otra en dependencia de la interacción específica que se esté considerando, y se trabaja para encontrar una teoría que represente mejor sus propiedades.

El intervalo de longitudes de onda comprendido aproximadamente entre los 400 y 700 nm en el vacío se conoce como espectro visible, porque el ojo humano tiene la capacidad de detectar la radiación electromagnética en ese intervalo de longitudes de onda. Las longitudes más pequeñas (y las frecuencias más altas) corresponden a los tonos violetas, mientras que las longitudes mayores corresponden a los tonos rojos. Por encima del violeta, en frecuencia, se encuentra la región del ultravioleta (UV) y por debajo del rojo el infrarrojo (IR).

REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN

Existe un conjunto de fenómenos que se pueden describir satisfactoriamente utilizando el concepto de onda electromagnética, pero sin necesidad de tomar en cuenta las propiedades de los campos E y H que la componen, estos fenómenos son: reflexión, refracción y dispersión de luz.

La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua.

Reflexión de la Luz y sus Leyes

Es el cambio de dirección, en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una superficie. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:

1a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.

2a. ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ángulo que incidió.

Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).

La luz también se refleja por medio del fenómeno denominado reflexión interna total, que se produce cuando un rayo de luz, intenta salir de un medio en que su velocidad es más lenta a otro más rápido, con un determinado ángulo.

Se produce una refracción de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Esta reflexión es la responsable de los destellos en un diamante tallado.

REFREACCION

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos.

La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado.

También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción.

Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ángulo de refracción con el que entra es igual al ángulo en que sale al volver a pasar de ese medio al medio inicial.

Cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente, sufre un cambio de rapidez y un cambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie.

Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo.

En la refracción se cumplen las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el movimiento ondulatorio:

El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.

Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la perpendicular (llamada Normal) a la superficie de separación trazada en el punto de incidencia

REFLEXIÓN TOTAL INTERNA

En óptica la reflexión interna total es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz atraviesa un medio de índice de refracción n2 menor que el índice de refracción n1 en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente.

Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico, θc. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción.

La reflexión

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