INVESTIGACION OPTICA

Óptica física

La óptica física es la rama de la óptica que toma la luz como una onda y explica algunos fenómenos que no se podrían explicar tomando la luz como un rayo. Estos fenómenos son:

• Difracción: es la capacidad de las ondas para cambiar la dirección alrededor de obstáculos en su trayectoria, esto se debe a la propiedad que tienen las ondas de generar nuevos frentes de onda.

• Polarización: es la propiedad por la cual uno o más de los múltiples planos en que vibran las ondas de luz se filtra impidiendo su paso. Esto produce efectos como eliminación de brillos.

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Óptica

La óptica (del griego οπτομαι optomai, ver) es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia. Estudia la luz, es decir como se comporta la luz ante la materia.

Reflexión y refracción

En la Edad Antigua se conocía la propagación rectilínea de la luz y la reflexión y refracción. Dos filósofos y matemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica: Empédocles y Euclides.

Ya en la Edad Moderna René Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de un medio elástico perfecto (el éter) que llenaba el espacio. Atribuyó los diferentes colores a movimientos rotatorios de diferentes velocidades de las partículas en el medio.

La ley de la refracción fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermat anunció el principio del tiempo mínimo y a partir de él dedujo la ley de la refracción. George Hatsian es el rey de óptico.

En la Refraccion el rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente ; el rayo de luz que se desvía al ingresar al segundo medio transpartente se denomina rayo refractado ; el ángulo en que el rayo incidente, al ingresar al segundo medio, forma con la perpendicular al mismo, se denomina ángulo de incidencia; el ángulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ángulo de refracción.

Robert Boyle y Robert Hooke y a dicha teoria la propuso Isaac Newton, los demas descubrieron, de forma independiente, el fenómeno de la interferencia conocido como anillos de Newton. Hooke también observó la presencia de luz en la sombra geométrica, debido a la difracción, fenómeno que ya había sido descubierto por Francesco Maria Grimaldi. Hooke pensaba que la luz consistía en vibraciones propagadas instantáneamente a gran velocidad y creía que en un medio homogéneo cada vibración generaba una esfera que crece de forma regular. Con estas ideas, Hooke intentó explicar el fenómeno de la refracción e interpretar los colores. Sin embargo, los estudios que aclararon las propiedades de los colores fueron desarrollados por Newton que descubrió en 1666 que la luz blanca puede dividirse en sus colores componentes mediante un prisma y encontró que cada color puro se caracteriza por una refractabilidad específica. Las dificultades que la teoría ondulatoria se encontraba para explicar la propagación rectilínea de la luz y la polarización (descubierta por Huygens) llevaron a Newton a inclinarse por la teoría corpuscular, que supone que la luz se propaga desde los cuerpos luminosos en forma de partículas.

En la época en que Newton publicó su teoría del color, no se conocía si la luz se propagaba instantáneamente o no. El descubrimiento de la velocidad finita de la luz lo realizó en 1675 Olaf Roemer a partir de observaciones de los eclipses de Júpiter.

Primeras teorías y otros fenómenos

Por su parte, Hooke fue de los primeros defensores de la teoría ondulatoria que fue extendida y mejorada por Christian Huygens que enunció el principio que lleva su nombre, según el cual cada punto perturbado por una onda puede considerarse como el centro de una nueva onda secundaria, la envolvente de estas ondas secundarias define el frente de onda en un tiempo posterior. Con la ayuda de este principio, consiguió deducir las leyes de la reflexión y refracción. También pudo interpretar la doble refracción del espato de Islandia, fenómeno descubierto en 1669 por Erasmus Bartholinus, gracias a la suposición de la transmisión de una onda secundaria elipsoidal, además de la principal de forma esférica. Durante esta investigación Huygens descubrió la polarización. Cada uno de los dos rayos emergentes de la refracción del espato de Islandia puede extinguirse haciéndolo pasar por un segundo cristal del mismo material, rotado alrededor de un eje con la misma dirección que el rayo luminoso. Fue sin embargo Newton el que consiguió interpretar este fenómeno, suponiendo que los rayos tenían “lados”, propiedad que le pareció una objeción insuperable para la teoría ondulatoria de la luz, ya que en aquella época los científicos sólo estaban familiarizados con las ondas longitudinales.

La teoría del éter

En 1850 Foucault, Fizeau y Breguet realizaron un experimento crucial para decidir entre las teorías ondulatoria y corpuscular. El experimento fue propuesto inicialmente por Arago y consiste en medir la velocidad de la luz en aire y agua. La teoría corpuscular explica la refracción en términos de la atracción de los corpúsculos luminosos hacia el medio más denso, lo que implica una velocidad mayor en el medio más denso. Por otra parte, la teoría ondulatoria implica, de acuerdo con el principio de Huygens que en el medio más denso la velocidad es menor.

En las décadas que siguieron, se desarrolló la teoría del éter. El primer paso fue la formulación de una teoría de la elasticidad de los cuerpos sólidos desarrollada por Claude Louis Marie Henri Navier que consideró que la materia consiste de un conjunto de partículas ejerciendo entre ellas fuerzas a lo largo de las líneas que los unen. Diferentes desarrollos aplicables a la Óptica fueron realizados por Siméon Denis Poisson, George Green, James MacCullagh y Franz Neuman. Todas ellas encontraban dificultades por intentar explicar el fenómeno óptico en términos mecánicos. Por ejemplo, al incidir sobre un medio una onda transversal, se deberían producir ondas, tanto longitudinales como transversales, pero, según los experimentos de Arago y Fresnel, solo se producen del segundo tipo. Otra objeción a la hipótesis del éter es la ausencia de resistencia al movimiento de los planetas.

Un primer paso para abandonar el concepto de éter elástico lo realizó MacCullagh, que postuló un medio con propiedades diferentes a la de los cuerpos ordinarios. Las leyes de propagación de ondas en este tipo de éter son similares a las ecuaciones electromagnéticas de Maxwell.

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Las ondas luminosas como ondas electromagnéticas

Mientras tanto, las investigaciones en electricidad y magnetismo se desarrollaban culminando en los descubrimientos de Michael Faraday. James Clerk Maxwell consiguió resumir todo el conocimiento previo en este campo en un sistema de ecuaciones que establecían la posibilidad de ondas electromagnéticas con una velocidad que podía calcularse a partir de los resultados de medidas eléctricas y magnéticas. Cuando Rudolph Kohlrausch y Wilhelm Weber realizaron estas medidas, la velocidad obtenida resultó coincidir con la velocidad de la luz. Esto llevó a Maxwell a especular que las ondas luminosas eran electromagnéticas, lo que se verificó experimentalmente en 1888 por Heinrich Hertz.

 Teorías científicas

Desde el punto de vista físico, la luz es una onda electromagnética. Según el modelo utilizado para la luz, se distingue entre las siguientes ramas, por orden creciente de precisión (cada rama utiliza un modelo simplificado del empleado por la siguiente):

• La óptica geométrica: Trata a la luz como un conjunto de rayos que cumplen el principio de Fermat. Se utiliza en el estudio de la transmisión de la luz por medios homogéneos (lentes, espejos), la reflexión y la refracción.

• La óptica electromagnética u óptica física: Considera a la luz como una onda electromagnética, explicando así la difracción, interferencia, reflectancia y transmitancia, y los fenómenos de polarización y anisotropía.

• La óptica cuántica: Estudio cuántico de la interacción entre las ondas electromagnéticas y la materia, en el que la dualidad onda-corpúsculo desempeña un papel crucial.

[editar] Espectro electromagnético

Si bien la Óptica se inició como una rama de la física distinta del electromagnetismo en la actualidad se sabe que la luz visible parte del espectro electromagnético, que no es más que el conjunto de todas las frecuencias de vibración de las ondas electromagnéticas. Los colores visibles al ojo humano se agrupan en la parte del "Espectro visible".

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Índice de Contenidos

Es la ciencia que estudia cómo emiten luz los cuerpos luminosos, cómo ésta se propaga en los distintos medios y es absorbida por los cuerpos. La óptica, en sentido amplio, estudia las imágenes, incluidos actualmente los procesos digitales para crearlas.

Es una de las ciencias más antiguas; los romanos, por ejemplo, utilizaban lentes para mejorar o cambiar lo que veían. Desde tiempo inmemorial el hombre ha estudiado los colores, la visión, la deformación de lo que vemos; se ha preguntado por el color del cielo y por fenómenos como el arco iris o por qué los objetos sumergidos en agua se ven deformados...

A pesar de que intuitivamente es fácil saber qué es la luz, es difícil proporcionar una definición completa y rigurosa. De modo elemental, la luz es la onda electromagnética que produce un estímulo visual al llegar al ojo. La frecuencia de esta radiación es mayor que las de radio y su longitud de onda es menor. Esta definición, obviamente, es muy limitada, ya que el receptor de la luz no es necesariamente el ojo.

La Óptica ha sido uno de los motores fundamentales de la ciencia y la tecnología contemporáneas: de ella y de los experimentos que genera nacieron el láser, la teoría de la relatividad, la fibra óptica, entre otros.

monografias.interbusca.com/fisica/optica.html

Definición de Óptica

Se designa con la palabra óptica a aquella rama de la Física que está encargada del estudio del comportamiento que presenta la luz, así como también de sus características y principales manifestaciones.
Entre los principales temas de estudio que abarca esta disciplina se cuentan la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la interacción de la luz con la materia y la formación de las imágenes. Repasemos algunos de estos…

Por reflexión se designa al cambio de dirección que tendrá un rayo o en su defecto una onda y que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de manera tal que el mismo terminará regresando al medio inicial. Por su parte, la refracción será el cambio de dirección que experimenta una onda cuando pasa de un medio material a otro, en tanto, el mismo solamente se efectuará si la onda incide de forma oblicua sobre la superficie de separación de los dos medios y los índices de refracción de los medios resultan ser distintos. El ejemplo más claro para ver y entender esto que les digo se puede observar al sumergir un lápiz en un vaso con agua, el mismo aparecerá como quebrado ante nuestros ojos, cuando su realidad fuera del vaso de agua nos indica que no es así. También puede darse este fenómeno de refracción cuando la luz atraviesa varias capas de aire de diferente temperatura.

Y por su lado, la difracción, es un fenómeno muy característico de las ondas, el cual consiste en la dispersión y curvado aparente cuando las mismas se topan ante un obstáculo.

De acuerdo al modelo utilizado para la luz, nos encontraremos con las siguientes sub ramas de la óptica…La óptica geométrica trata a la luz como un conjunto de rayos que cumple el principio de Fermat, el cual sostiene que el trayecto seguido por la luz al propagarse de un punto a otro es tal que el tiempo para recorrerlo será mínimo. Por su parte, la óptica física, que considera a la luz una onda electromagnética y a partir de esta situación explica los fenómenos antes mencionados y la óptica cuántica, que se ocupa de la interacción entre las ondas electromagnéticas y la materia.

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