Óptica: La Ciencia de la Luz

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 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.

La Luz y el Fotón

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.

Naturaleza Dual de la Luz

La luz a veces se comporta como onda y a veces como partícula. La teoría de los rayos de luz establece que 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 clasifica las diferentes radiaciones electromagnéticas según 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): Luz negra no 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

Dirección de Vibración

• 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.

Forma de Propagación

• 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: Describe el desplazamiento que experimenta una partícula vibrante sometida a la acción de dos o más ondas.
• Interferencia: Se produce cuando se superponen dos o más trenes de ondas.
• Refracción: Ocurre cuando las ondas pasan de un medio a otro.
• Difracción: Se produce cuando una onda encuentra un obstáculo y lo rodea o contorna.

El Sonido

El sonido es un fenómeno físico que estimula al oído. Se percibe cuando un cuerpo vibra a una frecuencia audible (aproximadamente entre 20 Hz y 20,000 Hz).

• Ondas Infrasónicas: Ondas con frecuencia menor a 20 Hz.
• Ondas Ultrasónicas: Ondas con frecuencia mayor a 20,000 Hz.

Características del Sonido

• Tipos de Ondas Mecánicas Sonoras: Longitudinales y tridimensionales.
• Medios de Propagación del Sonido: Hierro, vidrio, agua, aire, oxígeno, etc.
• Efecto Doppler: Cambio aparente de frecuencia en el sonido debido al movimiento relativo entre la fuente sonora y el observador.