Óptica es la rama de la tísica que se ocupa de la propagación y el comportamiento de la luz.
Luz
La energía radiante obedece leyes que pueden explicarse a partir de una corriente de partículas o paquetes de energía, los llamados fotones, o a partir de un tren de ondas transversales (Movimiento ondulatorio). El concepto de fotón se emplea para explicar las interacciones de a luz con la materia que producen un cambio en la forma de energía, como ocurre con el efecto fotoeléctrico o la luminiscencia. El concepto de onda suele emplearse para explicar la propagación de la luz y algunos de los fenómenos de formación de imágenes. En las ondas de luz, como en todas las ondas electromagnéticas, existen campos eléctricos y magnéticos en cada punto del espacio, que fluctúan con rapidez. Como estos campos tienen, además de una magnitud, una dirección determinada, son cantidades vectoriales. Los campos eléctrico y magnético son perpendiculares entre sí y también perpendiculares a la dirección de propagación de la onda.
El número de oscilaciones o vibraciones por segundo en un punto de la onda luminosa se conoce como frecuencia.
En el espectro visible, las diferencias en longitud de onda se manifiestan como diferencias de color, El rango visible va desde 350 nanómetros (violeta) hasta 700
nanómetros (rojo), aproximadamente (un nanórnetro, nm, es una mil millonésima parte del metro).
La luz blanca es una mezcla de todas las longitudes de onda visibles.
No existen límites definidos entre las diferentes longitudes de anda, pero puede considerarse que la radiación ultravioleta va desde los 10 nm hasta los 350 nm.
Los rayos infrarrojos, que incluyen la energía calorífica radiante, abarcan las longitudes de onda situadas aproximadamente entre 750 nm y
Con relación a la luz los cuerpos se Clasifican:
1°- Cuerpos luminosos, que son fuentes de luz, ejemplo: el sol, estrellas cuerpos incandescentes, etc.
2°- Cuerpos iluminados que son los que reciben la luz de un cuerpo luminoso.
Los cuerpos iluminados son opacos, traslúcidos o transparentes.
- Los cuerpos opacos son los que no dan pasar la luz
- Los cuerpos traslúcidos dejan pasar la luz pero no permiten ver los objetos detrás de luz.
- Los cuerpos transparentes dejan pasar la luz y permiten ver con nitidez los objetos detrás de ellos.
Propagación de la luz
En un medio homogéneo la luz se propaga en línea recta y de acuerdo al medio utilizado, a una velocidad de
Sombra
La sombra es una región privada de la luz por la interposición de un cuerpo opaco.
En este ejemplo se puede observar que la luz se mueve en línea recta
Es la región que recibe solo una parte de la luz
UN EJEMPLO DE ESTO SON LOS ECLIPSES
Intensidad de luz: es la cantidad de luz emitida por un foco sobre 1 cm2 a
Iluminación es la cantidad de luz que recibe la superficie de un cuerpo.
ÓPTICA GEOMÉTRICA
Este campo de la óptica se ocupa de la aplicación de las leyes de reflexión y refracción de la luz al diseño de entes y otros componentes de instrumentos ópticos.
Reflexión y refracción
Reflexión
Si un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo incide sobre la superficie de un segundo medio homogéneo, parte de la luz es reflejada y parte entra como rayo refractado en el segundo medio, donde puede o no ser absorbido. La cantidad de luz reflejada depende de la relación entre los índices de refracción de ambos medios. El plano de incidencia se define como el plano formado por el rayo incidente y la normal (es decir, la línea perpendicular a la superficie del medio) en el punto de incidencia (véase figura 1). El ángulo de incidencia es el ángulo entre el rayo incidente y la normal. Los ángulos de reflexión y refracción se definen de modo análogo.
Las leyes de la reflexión afirman que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, y que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia se encuentran en un mismo plano.
* Observa que el rayo incidente y el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano.
* La perpendicular (N) al espejo en el punto de incidencia se llama normal.
* El ángulo de incidencia (i) es el ángulo que forma el rayo incidente (en verde) con la normal.
* El ángulo de reflexión (r) es el que forma el rayo reflejado (en amarillo) con la normal.
ESPEJO PLANO
Si la superficie del segundo medio es lisa, puede actuar como un espejo y producir una imagen reflejada (figura 2). En la figura 2, la fuente de luz es el objeto A; un punto de A emite rayos en todas las direcciones. Los dos rayos que inciden sobre el espejo en B y C, por ejemplo, se reflejan como rayos BD y CE. Para un observador situado delante del espejo, esos rayos parecen venir del punto F que está detrás del espejo. De las leyes de reflexión se deduce que CF y BF forman el mismo ángulo con la superficie del espejo que AC y AB. En este caso, en el que el espejo es plano, la imagen del objeto parece situada detrás del espejo y separada de él por la misma distancia que hay entre éste y el objeto que está delante.
Si la superficie del segundo medio es rugosa, las normales a los distintos puntos de la superficie se encuentran en direcciones aleatorias. En ese caso, los rayos que se encuentren en el mismo plano al salir de una fuente puntual de luz tendrán un plano de incidencia, y por tanto de reflexión, aleatorio. Esto hace que se dispersen y no puedan formar una imagen.
Refracción
Ley de Snell
Esta importante ley, llamada así en honor del matemático holandés Willebrord van Roijen Snell, afirma que el producto del índice de refracción del primer medio y el seno del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del índice de refracción del segundo medio y el seno del ángulo de refracción. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están en un mismo plano.
n1 sen i = n2 sen r
n1 = índice de refracción del medio del que procede.
i = ángulo de incidencia
n2 = índice de refracción del medio en el que se refracta.
r = ángulo de refracción
En general, el índice de refracción de una sustancia transparente más densa es mayor que el de un material menos denso, es decir, la velocidad de la luz es menor en la sustancia de mayor densidad. Por tanto, si un rayo incide de forma oblicua sobre un medio con un índice de refracción mayor, se desviará hacia la normal, mientras que si incide sobre un medio con un índice de refracción menor, se desviará alejándose de ella. Los rayos que inciden en la dirección de la normal son reflejados y refractados en esa misma dirección.
Para un observador situado en un medio menos denso, como el aire, un objeto situado en un medio más denso parece estar más cerca de la superficie de separación de lo que está en realidad. Un ejemplo habitual es el de un objeto sumergido, observado desde encima del agua, como se muestra en la figura 3 (sólo se representan rayos oblicuos para ilustrar el fenómeno con más claridad). El rayo DB procedente del punto D del objeto se desvía alejándose de la normal, hacia el punto A. Por ello, el objeto parece situado en C, donde la línea ABC intersecta una línea perpendicular a la superficie del agua y que pasa por D.
Ángulo crítico
La fibra óptica es una nueva aplicación práctica de la reflexión total. Cuando la luz entra por un extremo de un tubo macizo de vidrio o plástico, puede verse reflejada totalmente en la superficie exterior del tubo y, después de una serie de reflexiones totales sucesivas, salir por el otro extremo. Es posible fabricar fibras de vidrio de diámetro muy pequeño, recubrirlas con un material de índice de refracción menor y juntarlas en haces flexibles o placas rígidas que se utilizan para transmitir imágenes. Los haces flexibles, que pueden emplearse para iluminar además de para transmitir imágenes, son muy útiles para la exploración médica, ya que pueden introducirse en cavidades estrechas e incluso en vasos sanguíneos.
Si bien os rayos de luz se propagan en línea recta, sobre la base del fenómeno de reflexión total se han logrado construir finísimas fibras de cristal capaces de transmitir la luz por rutas curvas y muy sinuosas: las fibras ópticas. La trayectoria que sigue el rayo en el interior de la fibra es la que se muestra en la figura.
ESPEJISMOS EN UN CÁLIDO DESIERTO
El aire, como cualquier medio transparente, refracta la luz. El grado de desviación que sufre la luz en el aire depende de la densidad de éste, la que, a su vez, depende de la temperatura.
En los climas cálidos, la tierra se calienta durante el día y calienta el aire que está sobre ella, lo que lo hace menos denso. En consecuencia, es más factible que se produzca el fenómeno de reflexión total, ya que las capas de aire que están a diferentes temperaturas actúan como si fueran medios distintos.
Si observas con detenimiento la figura, verás que un rayo de luz proveniente (por reflexión) de la palmera, sufre reflexión total, ya que pasa de un medio más refractante (aire frío) a otro menos refractante (aire caliente). En consecuencia, el beduino puede ver la palmera y su imagen invertida
DESCOMPOSICIÓN DE
PRISMA ÓPTICO
Descomposición de la luz blanca.
En la figura 5, se observa la descomposición de la luz blanca según el fenómeno de refracción y de dispersión. Al hacer pasar un haz de luz solar sobre el prisma se obtiene el espectro solar! es decir la desviación de la luz de acuerdo a su longitud de onda obteniéndose siete colores simples según la desviación en: rojo, anaranjado, amarillo, verde .azul, añil. violeta:
RECOMPOSICIÓN DE
DISCO DE NEWTON
Isaac Newton observó que al hacer atravesar un haz luminoso por una lente, siempre existen variaciones de color alrededor de la imagen transmitida. A esta coloración, generada por los diferentes focos luminosos a los que se ve expuesta la lente, se la denomina dispersión de la luz.
Así mismo comprobó que si hacia pasar un haz luminoso por un prisma, la luz blanca se descomponía en una serie de colores brillantes (arco iris) que denominó espectro solar.
De esta experiencia dedujo que si la luz blanca se podía descomponer en los siete colores del arco iris, combinando estos se podría volver al color blanco.
El disco giratorio de color fue una de las diversas experiencias de las que se sirvió para demostrar su teoría. Se trata de un disco giratorio dividido en sectores pintados con los siete colores principales del espectro. Al hacerlo girar a gran velocidad se puede observar como estos colores desaparecen, tomando una tonalidad blanca, más brillante cuanto mejor se haya hecho la proporción de colores.
PRISMA DE REFLEXIÓN TOTAL
Si varios rayos paralelos perpendicularmente a la cara AC del prisma ABC, al llegar a cara AB forman un ángulo de 45°, superior al ángulo límite d vidrio, que es de 42°; se verifica entonces el fenómeno de reflexión total (fig. 44).
Este prisma tiene muchas aplicaciones en los aparatos de proyección, en los gemelos (binoculares o largavista), cámaras fotográficas, y principalmente en los periscopios de los submarinos.
COLORES
La luz y el color
La naturaleza es el mejor muestrario de colores. Ellos son también, en general, el primer elemento de juego: quién no recuerda la primera caja de ápices de colores o los juegos con fichas de colores donde cada color identifica al jugador.
¿Qué es el color?
El color es luz, es decir, una onda electromagnética, cuya frecuencia está ubicada dentro del rango visible del espectro electromagnético.
Hay tantos colores como frecuencias se puedan encontrar en el mencionado rango, es decir, hay infinitos colores.
El ojo humano sólo puede distinguir algunas de esas frecuencias; así, por ejemplo, reconocemos y damos nombre a los colores que se perciben: verde, verde nilo, verde botella, etc. lodos éstos son colores de frecuencias próximas, o sea, son matices de un mismo color.
La luz y el color de los objetos
Cuando sobre un cuerpo incide radiación electromagnética, éste reacciona, reflejando, absorbiendo y transmitiendo dicha radiación en mayor o menor proporción, de acuerdo con las propiedades del cuerpo y de la radiación
Los colores se los clasifica:
· Colores por reflexión
· Colores por transparencia, refracción o transmisión
COLORES POR REFLEXIÓN
Cuando luz blanca incide sobre objetos, como papel, una pared, un trozo de tela (cuerpos opacos), éstos en parte la absorben y en parte la reflejan. Precisamente, la parte de luz reflejada es que determina el color del objeto. Este tipo de color se denomina color por reflexión.
Así, por ejemplo, si se ilumina con luz blanca una manzana, se la ve roja porque absorbe las restantes frecuencias (o longitudes de onda) del espectro de la luz blanca y refleja la del rojo.
Los objetos rara vez reflejan colores puros. Casi siempre reflejan, además, otros colores próximos del espectro, que el ojo no es capaz de distinguir.
Los colores de los objetos dependen también del color de la luz con que se los ilumina. Si se ilumina una manzana con luz verde, se verá marron, pues la manzana no puede reflejar la componente roja (la cual no está presente en la luz verde), pero podrá reflejar una pequeña porción de amarillo (de baja intensidad, por lo que se ve marrón) presente en la luz verde.
COLORES POR TRANSMISIÓN O TRANSPARENCIA
Algo parecido a los colores por reflexión sucede cuando se mira a través de cuerpos transparentes coloreados.
Un cuerpo transparente (de vidrio, de papel) transmite todas las radiaciones del rango visible que inciden sobre él.
Un cuerpo transparente de color (por ejemplo, papel celofán o vidrio coloreado) transmite el color que tiene para el observador. Es decir, un filtro rojo absorbe casi todas las frecuencias, menos la roja, que es la del color que se lo ve.
Este tipo de color, así obtenido, se denomina color por transmisión, transparencia o refracción.
Cuando se obtiene un color por transmisión, en realidad se obtienen también otros colores próximos al espectro. Por ejemplo:
En resumen:
El color por reflexión es el conjunto de colores que este refleja Por ejemplo:
· un cuerpo de color rojo absorbe todos los colores y refleja el rojo.
· un cuerpo de color blanco refleja los siete colores.
· un cuerpo de color negro absorbe todos los colores.
El color por transparencia es el conjunto de colores que este deja pasar. Por ejemplo un vidrio de color rolo deja pasar el rojo y refie los demás colores.
COLORES PRIMARIOS
Para obtener infinitos colores sólo se necesitan tres, que cumplan la propiedad de que mezclando dos de ellos no den el tercero. A este grupo de tres colores se los denomina colores primarios.
El magenta (rojo con algo de azul), el amarillo (verde con algo de rojo) y el cian (azul con algo de verde) son los colores primarios que se utilizan en la industria gráfica (en pinturas o tintas). A esto se conoce como sustracción de colores
Para obtener colores con luces, los colores primarios son el verde, el rojo y el azul. Algunos canales de televisión los usan como logotipo
A diferencia de la obtención de Colores por mezcla de pinturas o tintas, que es por sustracción, la obtención de colores por mezcla de luces de colores es por adición.
Si se ilumina la pantalla con los tres focos (el verde, el rojo y el azul), se la sigue viendo blanca en la zona en donde se superpongan los tres, pues se adicionan y el resultado es el blanco.
