Óptica
Introducción a la Óptica
La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Analiza cómo se comporta la luz ante la materia.
Ramas de la Óptica
Óptica Geométrica
En física, la óptica geométrica se basa en las leyes fenomenológicas de Snell de la reflexión y la refracción. Utiliza la noción de rayo luminoso.
Óptica Física
Es la rama de la óptica que considera la luz como una onda y explica fenómenos que no se podrían explicar si se considerara la luz como un rayo.
Teorías acerca de la Naturaleza de la Luz
La luz presenta una naturaleza compleja: dependiendo de cómo se observe, se comporta como una onda o como una partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios. Podemos clasificar los distintos fenómenos en los que participa la luz según su interpretación teórica:
Teoría Ondulatoria
Esta teoría considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa. Esto se debe a que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampère) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday).
Características de la Propagación de la Luz
Propagación Rectilínea
La luz se propaga en línea recta. La línea recta que representa la dirección y el sentido de la propagación de la luz se denomina rayo de luz. Un hecho que demuestra la propagación rectilínea de la luz es la formación de sombras.
Cámara Oscura
Es un instrumento óptico que permite obtener una proyección plana de una imagen externa sobre la zona interior de su superficie.
Fuentes de Luz
Fuente Puntual
La luz puntual se origina en un punto más o menos reducido respecto al objeto que ilumina. Se puede hablar de una direccionalidad más o menos similar entre los rayos que emite, haciendo que las sombras que un objeto proyecta se hagan más grandes cuanto más cerca se sitúe este de la fuente de luz.
Fuente Extensa
Una luz es extensa cuando tiene un cierto tamaño. No cumple la ley de inversa de los cuadrados de la distancia.
Eclipses
Un eclipse es un suceso en el que la luz procedente de un cuerpo celeste es bloqueada por otro, normalmente llamado »cuerpo eclipsante». Normalmente se habla de eclipses de Sol y de Luna, que ocurren solamente cuando el Sol y la Luna se alinean con la Tierra de una manera determinada. Esto ocurre durante algunas Lunas nuevas y Lunas llenas.
Tipos de Luz
Luz Natural
La luz natural es aquella que proviene del Sol y es influida en su paso por la atmósfera terrestre. Además, dependiendo de la hora del día puede dar diferentes matices en intensidad, dirección, dureza y color. Esto significa que una luz apta para determinado trabajo pueda tener una corta duración debido a la rotación de la Tierra.
Luz Artificial
La luz artificial es aquella que proviene de lámparas, spots, flashes y otros objetos luminosos controlados por el fotógrafo. Tiene como ventaja el poder manipular la dirección, color e intensidad de éstas.
Cuerpos Luminosos e Iluminados
Son cuerpos luminosos aquellos que pueden producir luz propia (lámpara, Sol) y son cuerpos iluminados aquellos que reciben luz de fuentes lumínicas para ser visibles (mesa, silla, bolígrafo).
Cuerpos Transparentes, Opacos y Traslúcidos
Son cuerpos transparentes aquellos que cuando la luz pasa a través de ellos prácticamente no se altera (agua pura, aire). Son cuerpos opacos aquellos que no permiten el paso de la luz, y son cuerpos traslúcidos aquellos que si bien permiten el paso de la luz no permiten precisar la forma de los objetos a través de ellos.
Fenómenos Ópticos
Reflexión
Este es uno de los fenómenos ópticos más sencillos. Si encendiéramos una linterna apuntándole a una superficie pulida (espejo) veríamos como el haz de luz producido por la linterna rebota y vuelve, dirigiéndose por ejemplo hacia una pared. Entonces, tomando una recta de referencia normal (N) perpendicular al espejo, tenemos un rayo incidente (el proveniente de la linterna) y un rayo reflejado (el proveniente del espejo). Sobre este fenómeno rigen dos leyes:
Refracción
Es la desviación de un rayo luminoso cuando pasa de un medio transparente a otro medio también transparente pero de distinta densidad. Este es el fenómeno que sucede cuando, por ejemplo, metemos una cucharita en un vaso de agua y esta parecería estar quebrada.
Difusión
Es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente.
Espejos Planos
Características de los Espejos Planos
Un espejo plano es una superficie plana muy pulimentada que puede reflejar la luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz incidente del 95% (o superior). Los espejos planos se utilizan con mucha frecuencia. Son los que usamos cada mañana para mirarnos. En ellos vemos nuestro reflejo, una imagen que no está distorsionada.
Formación de Imágenes en Espejos Planos
Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera detrás y no frente a éste ni en la superficie. El sistema óptico del ojo recoge los rayos que salen divergentes del objeto y los hace converger en la retina. La imagen formada es:
- Simétrica, porque aparentemente está a la misma distancia del espejo.
- Virtual, porque se ve como si estuviera dentro del espejo.
- No se puede formar sobre una pantalla pero puede ser vista cuando la enfocamos con los ojos.