Óptica

La óptica es la rama de la física que estudia la luz y los fenómenos que produce.

Ramas de la Óptica

• Óptica Geométrica: Estudia los fenómenos y elementos ópticos mediante líneas rectas y geometría.
• Óptica Física: Estudia los fenómenos ópticos con base en la teoría del carácter ondulatorio de la luz.
• Óptica Electrónica: Trata los aspectos cuánticos de la luz.

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

• Teoría Corpuscular (Isaac Newton): La luz está constituida por numerosos corpúsculos o partículas emitidas por cualquier cuerpo luminoso.
• Teoría Ondulatoria (Christian Huygens): La luz es un fenómeno ondulatorio semejante al sonido.

Fenómenos Ópticos

• Propagación Rectilínea: La luz viaja en línea recta.
• Reflexión: Cuando la luz incide en una superficie lisa, los rayos luminosos son rechazados o reflejados en una sola dirección y sentido.
• Refracción: Desviación que sufre la luz al llegar a la superficie de separación entre dos sustancias.
• Interferencia: Fenómeno producido al superponerse en forma simultánea dos o más movimientos ondulatorios.
• Difracción: Ocurre cuando una onda encuentra un obstáculo en su camino y lo rodea.

Características de la Luz

La luz está formada por ondas electromagnéticas, como las de radio y radar, lo que le permite propagarse incluso en el vacío. Su velocidad es de 300,000 km/s.

El fotón es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. La naturaleza de la luz es dual: a veces se comporta como onda y a veces como partícula. Según la teoría de los rayos de luz, cualquier objeto visible emite rayos de luz en cada punto de él.

Tipos de Cuerpos según su Interacción con la Luz

• Opaco: Aquel que no permite el paso de la luz a través de él.
• Transparente: Permite el paso de los rayos luminosos.
• Traslúcido: Deja pasar la luz, pero las cosas no pueden ser distinguidas claramente.

El Espectro Electromagnético

El espectro electromagnético está formado por diferentes tipos de radiación electromagnética que se diferencian por su frecuencia y longitud de onda.

Tipos de Radiación Electromagnética

• Ondas de Radio: Se crean por electrones que oscilan en una antena y se utilizan para transmitir señales.
• Microondas: Se emplean para transmisiones telefónicas o de televisión, satélite, etc.
• Rayos Infrarrojos: Cualquier cuerpo que esté a una cierta temperatura los emite.
• Luz Visible: Es solo una porción de los distintos rayos que conforman el espectro electromagnético.
• Luz Ultravioleta (UV): También conocida como luz negra, no es percibida por el ojo humano.
• Rayos X: Haz de electrones que viaja a gran velocidad en alto vacío.
• Rayos Gamma: Se producen durante las transformaciones nucleares.

Movimiento Ondulatorio

El movimiento ondulatorio es el proceso por medio del cual se transmite energía de una parte a otra sin que exista transferencia de materia.

Tipos de Ondas

• Ondas Mecánicas: Ocasionadas por una vibración o perturbación inicial y que para su propagación requieren un medio material (resorte, cuerda, etc.).
• Ondas Electromagnéticas: No necesitan de un medio material para su propagación, se difunden incluso en el vacío (ondas luminosas, caloríficas, etc.).

Clasificación de las Ondas

Según su Dirección

• Ondas Longitudinales: Las partículas del medio material vibran paralelamente a la dirección de propagación.
• Ondas Transversales: Las partículas del medio material vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

Según su Forma

• Ondas Lineales: Se propagan en una sola dimensión o rayo.
• Ondas Superficiales: Se difunden en dos dimensiones, por ejemplo, en una lámina metálica o en la superficie de un líquido.
• Ondas Tridimensionales: Se propagan en todas direcciones, como el sonido.

Características de las Ondas

• Longitud de Onda: Distancia entre dos frentes de onda que están en la misma fase.
• Frecuencia: Número de veces por segundo en el cual se realiza un ciclo completo de onda.
• Periodo: Tiempo que tarda en realizarse un ciclo de onda.
• Nodo: Punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.
• Elongación: Distancia entre cualquier punto de una onda y su posición de equilibrio.
• Amplitud de Onda: Máxima elongación o alejamiento de su posición de equilibrio que alcanzan las partículas vibrantes.
• Rapidez de Propagación: Aquella con la cual se propaga un pulso a través de un medio.

Fenómenos Ondulatorios

• Reflexión: Se presenta cuando las ondas encuentran un obstáculo que les impide propagarse, chocan y cambian de sentido.
• Principio de Superposición: El desplazamiento que experimenta una partícula vibrante es la suma vectorial de los desplazamientos que producirían cada una de las ondas por separado.
• Interferencia: Se superponen dos o más trenes de ondas.
• Refracción: Cambio en la dirección de propagación de una onda cuando pasa de un medio a otro.
• Difracción: Una onda encuentra un obstáculo y lo rodea o contornea.

El Sonido

El sonido es un fenómeno físico que estimula al oído. Se percibe cuando un cuerpo vibra a una frecuencia entre 20 y 20,000 ciclos/s. Las ondas con frecuencias menores a 20 Hz se denominan infrasónicas, mientras que las que superan los 20,000 Hz se llaman ultrasónicas.

Las ondas mecánicas sonoras son longitudinales y tridimensionales. El sonido se propaga en diferentes medios como hierro, vidrio, agua, aire, oxígeno, etc. El efecto Doppler describe el cambio aparente de frecuencia en el sonido debido al movimiento relativo entre la fuente sonora y el observador.