Óptica
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Autor: Hernán Ferrari Responsable
disciplinar: Silvia Blaustein Área
disciplinar: Física Temática: Óptica
y ondas electromagnéticas. Nivel:
Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica
elaborada por Educ.ar
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Introducción a la actividad
La pequeña fracción del espectro de ondas electromagnético que puede ser percibida por el ojo humano es lo que denominamos luz. La rama de la física que estudia el comportamiento de la luz se conoce como óptica y entre otras cosas estudia cómo interactúa con la materia, lo que da lugar a las leyes de reflexión y refracción y a los fenómenos de dispersión.
Debido al carácter ondulatorio de las ondas electromagnéticas, pueden ser utilizadas para observar los fenómenos característicos de las ondas, como la interferencia y la difracción.
En el siglo pasado Albert Einstein demostró que la luz, en ciertas circunstancias, no se comporta como onda, sino como partícula. Esto se conoce como efecto fotoeléctrico. Por este descubrimiento, Einstein fue galardonado con el premio Nobel.
Objetivo de la actividad
Estudiar el comportamiento de las ondas electromagnéticas y cómo interactúan con la materia.
Objetivos pedagógicos
Actividad 1
Observen el siguiente video para
resolver el cuestionario.
Cuestionario:
a) ¿Cómo se puede detectar la presencia de un campo eléctrico y la de un campo magnético?
b) ¿Qué produce una perturbación de un campo eléctrico, qué sucede con la energía y a qué velocidad se propaga la perturbación?
c) ¿Qué ocurre con una onda generada por una perturbación puntual?
d) ¿Qué pasa cuando dos ondas interfieren entre sí?
e) ¿Qué instrumentos ópticos utilizó Galileo para ver tanto lo grande y distante como lo pequeño y cercano?
f) ¿Cuándo ocurre la refracción de la luz? Capturen una imagen del video para agregar al informe final del trazado de rayos paralelos que atraviesan un prisma ¿Qué ocurre con los rayos paralelos en una lente curva?
g) ¿Qué sucede con la luz blanca cuando se refracta al atravesar un prisma? ¿Cómo se denomina este fenómeno?
h) ¿Cómo estaba constituida la luz según Newton y cómo según la propuesta de Huygens?
i) ¿Cuál es la relación entre la frecuencia, la longitud de onda y la velocidad de propagación en todos los tipos de onda?
j) ¿Qué tipos de ondas mecánicas se pueden encontrar? Realicen capturas de pantalla para mostrar la diferencia entre las dos posibilidades.
k) ¿En qué intervalo de frecuencias del espectro de ondas electromagnéticas se encuentra la luz visible? ¿Cuál es el intervalo de longitudes de ondas correspondientes?
l) ¿Cómo se denominan las diferentes longitudes de onda menores a las visibles? ¿Y las de mayor longitud de onda?
m) ¿Qué genera una carga eléctrica moviéndose en un movimiento oscilatorio?
n) Realizar un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que hayan llegado
Actividad 2
Observen la segunda parte del video sobre óptica para responder el cuestionario que aparece a continuación.
Cuestionario
a) Enunciar el principio formulado por Huygens que lleva su nombre.
b) ¿Qué propiedad de la luz encontró Young para fortalecer la teoría ondulatoria de Huygens? Realicen capturas de pantalla de dos fuentes de luz puntuales con las ondas que generan y el tipo de interacción que ocurre entre ellas.
c) Cuando se superponen dos ondas, ¿en qué momento tenemos una interferencia constructiva y en cual una destructiva? Agreguen capturas de pantallas para mostrar en detalle las diferencias entre estas interferencias.
d) ¿Qué condición debe cumplir la separación entre las rendijas del experimento realizado por Young? ¿Qué sucede cuando un frente de onda plano atraviesa dos ranuras en este experimento? ¿Cómo están las oscilaciones provenientes de cada ranura? ¿Qué patrón de intensidades puede verse sobre una pantalla en el experimento de Young?
e) ¿Qué ocurre con una onda que atraviesa una ranura de un tamaño similar a su longitud de onda?
f) ¿Cómo interactúa la luz con la materia, compuesta por átomos con protones y electrones con cargas eléctricas?
g) ¿Por qué razón la luz se refleja en un metal? ¿Cómo es el ángulo de reflexión comparado con el ángulo de incidencia?
h) ¿Cuál de todas las trayectorias posibles entre dos puntos es la trayectoria real que recorre la luz al reflejarse en un metal?
i) ¿Qué sucede con la velocidad de la luz al atravesar un material transparente? ¿Qué pasa con la dirección del frente de onda?
j) ¿Cuál es la trayectoria real en una refracción? ¿Cómo se relacionan cuantitativamente el ángulo refractado y el ángulo incidente?
k) ¿En qué consiste el fenómeno de la dispersión?
l) ¿Qué mejora realizó Newton a los telescopios utilizados por Galileo? Describan su funcionamiento. Para ello utilicen capturas de pantalla que muestren los frentes de onda. ¿Qué otro instrumento utilizado para la navegación se basa en este telescopio?
m) Realicen un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que hayan llegado.