Pregunta de saberes previos: ¿Cómo crees que la luz viaja desde la linterna hasta los objetos cuando la enciendes?

1. Al encender la linterna, el filamento o el LED emite fotones que se alejan de la fuente en todas direcciones posibles.
2. Cada fotón viaja en línea recta a través del espacio a velocidad c \approx 3,00 \times 10^{8} \, \text{m/s} en el vacío, y un poco más lenta en medios materiales.
3. La energía del fotón se describe por E = h\nu, con h = 6,63 \times 10^{-34} \, \text{J} \cdot \text{s}, de modo que la luz transporta energía y momento desde la linterna hasta la superficie que ilumina.
4. Al llegar al objeto, una parte de la energía se refleja y otra se absorbe, y es la luz reflejada la que llega a nuestros ojos y nos permite ver.

Respuesta orientativa: La luz viaja como una onda electromagnética que se propaga en línea recta, con electricidad y magnetismo oscilando perpendiculares entre sí, y a la vez como un flujo de partículas (fotones) que se mueven a la velocidad de la luz, alejándose de la linterna hasta alcanzar los objetos.

Pregunta de saberes previos: ¿Te resulta sorprendente que la luz tenga características tanto de onda como de partícula?

1. Como onda, la luz presenta fenómenos que la partícula clásica no explica: difracción al pasar por una rendija y patrones de interferencia en el experimento de doble rendija (como muestra la figura de la página).
2. Como partícula, la luz muestra el efecto fotoeléctrico (fotones que arrancan electrones de un metal) y la radiación del cuerpo negro, que la física clásica no lograba interpretar.
3. Ambos aspectos son reales y complementarios: esto es la dualidad onda-partícula, reconocida en la mecánica cuántica y verificada experimentalmente a escala atómica.
4. En 1924, Louis de Broglie propuso que toda partícula material tiene una longitud de onda asociada, \lambda = \dfrac{h}{p}, lo que extiende la dualidad a la materia.

Respuesta orientativa: Sí es sorprendente porque en la vida cotidiana una onda y una partícula son conceptos opuestos; sin embargo, los experimentos de doble rendija y el efecto fotoeléctrico demuestran que la luz se comporta como onda cuando se propaga e interactúa con aperturas del tamaño de su longitud de onda, y como partícula cuando intercambia energía con la materia.

Criterio de evaluación CE.CN.F.5.19: explica los fenómenos mencionados y cómo el electromagnetismo, la mecánica cuántica y la nanotecnología han incidido en la sociedad.

1. Radiación del cuerpo negro: un cuerpo ideal absorbe toda la radiación que recibe y emite según la ley de Planck \rho(\nu, T) = \dfrac{8\pi h \nu^{3}}{c^{3}} \cdot \dfrac{1}{e^{\frac{h\nu}{kT}} - 1}; su aplicación social: lámparas, hornos y paneles solares.
2. Efecto fotoeléctrico: un fotón con h\nu \geq W (trabajo de extracción) arranca electrones del metal, h\nu = W + K_{\max}; base de celdas fotovoltaicas, fotomultiplicadores y detectores.
3. Principio de incertidumbre de Heisenberg: \Delta x \cdot \Delta p \geq \dfrac{\hbar}{2}, con \hbar = \dfrac{h}{2\pi}; impide medir simultáneamente posición y momento con precisión arbitraria a nivel atómico.
4. Difacción y doble rendija: producen patrones de máximos en d\sin\theta = m\lambda; la mecánica cuántica los interpreta con la función de onda y la probabilidad de encontrar el fotón o el electrón.
5. Impacto social: el electromagnetismo dio electricidad, telefonía y comunicaciones; la mecánica cuántica y la mecánica cuántica derivada de ella permitieron láseres, semiconductores y computación; la nanotecnología manipula la materia a escala de 10^{-9} \, \text{m} aprovechando estos efectos.

Respuesta orientativa: La luz se explica tanto por su carácter ondulatorio (diffracción, interferencia) como por su carácter corpuscular (efecto fotoeléctrico, cuerpo negro, incertidumbre de Heisenberg), y estas ideas sustentan hoy energías renovables, tecnología de la información, comunicación vía láser y nanotecnología.