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= = = OPTICA =

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 minimo y a partir de él dedujo la ley de la refracción. George Hatsian es el rey de óptico. Véase también: [| Ley de Snell] En la refracción 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. 

= Naturaleza de la luz. Mediciones de la = = velocidad de la luz =

La luz exhibe el fenómeno de interferencia.

La interferencia es un fenómeno único en ondas.

= = **Interferencia **

La suma de dos ondas puede dar un resultado distinto, dependiendo de la fase de las dos ondas. (Dos ondas están en fase si las crestas y los valles de las ondas están en la misma posición al mismo tiempo.)

**Interferencia constructiva **

Ondas en fase producen una onda dos veces más grande.

**Interferencia destructiva **

Ondas completamente fuera de fase se anulan y la suma es cero.

En un aparato llamado el interferómetro de Michelson, podemos ver este efecto. Se divide un haz de luz en dos partes que recorren distancias distintas antes de ser recombinadas. Moviendo uno de los espejos, se cambia el largo del recorrido de uno de los haces y cambia la diferencia de fase de las dos ondas.

**Se midió la velocidad de la luz, c=300 000 km/s. **

En un experimento con su interferómetro, Albert Michelson y su compañero Edward Morley querían detectar un cambio en la velocidad de la luz debido al movimiento de la Tierra a través del “éter”. En esos tiempos se pensaba que la luz necesitaba un medio para viajar y que este medio, el “éter”, llenaba todo el universo.

Entonces, la medición de la velocidad de la luz dependería de la velocidad de la Tierra relativa al éter (de una manera análoga, la velocidad de un niño corriendo dentro de un tren depende de si la persona que mide la velocidad está dentro o fuera del tren).Pero no se encontró ningún cambio en la velocidad de la luz…

La teoría de la relatividad especial de Einstein explicó el resultado de Michelson y Morley: Einstein dijo que la velocidad de la luz es una constante universal que no depende de la velocidad de la persona que la mide.

= =

= = = Óptica Geométrica =

El estudio de las imágenes, producidas por refracción o por reflexión de la luz se llama óptica geométrica. La óptica geométrica se ocupa de loas trayectorias de los rayos luminosos, despreciando los efectos de la luz como movimiento ondulatorio, como las interferencias. Estos efectos se pueden despreciar cuando el tamaño la longitud de onda es muy pequeña en comparación de los objetos que la luz encuentra a su paso.

Para estudiar la posición de una imagen con respecto a un objeto se utilizan las siguientes definiciones:

Eje óptico. Eje de abscisas perpendicular al plano refractor. El sentido positivo se toma a la derecha al plano refractor, que es el sentido de avance de la luz.

Espacio objeto. Espacio que queda a la izquierda del dioptrio.

Espacio imagen. Espacio que queda a la derecha del dioptrio.

Imagen real e imagen virtual. A pesar del carácter ficticio de una imagen se dice que una imagen es real si está formada por dos rayos refractados convergentes. Una imagen real se debe observar en una pantalla. Se dice que es virtual si se toma por las prolongaciones de dos rayos refractados divergentes.



= Reflexión y refracción de la luz =

// La luz es proporcionada por el sol, invade nuestro mundo exterior y por medio de nuestros ojos nos permite ver los objetos, personas o animales que nos rodean. La reflexión y la refracción de la luz son fenómenos ópticos básicos que pueden analizarse siguiendo el trayecto de los rayos luminosos y así comprender cómo y por qué se forman esas imágenes. // El cambio de dirección que sufre un rayo lumino cuando choca contra la superficie de un objeto recibe el nombre de reflexion de luz. Es gracias a este fenómeno que los objetos pueden verse; puesto que un cuerpo, que no sea fuente de luz en sí mismo, perdurará invisible hasta tanto no sea iluminado. La fuente proyecta rayos luminosos que destellan en la superficie del objeto y descubren al ojo del espectador las características de su forma y su dimensión. Un ejemplo de la vida cotidiana de este fenómeno virtual podría ser el rebote que conlleva una bola de billar tras ser lanzada contra una de las bandas de la mesa La reflexion de la luz por su parte, tiene que ver con el cambio de dirección que soporta una onda de luz al pasar de un medio de irradiación a otro con una consistencia óptica diferente. No obstante, este fenómeno sólo tiene lugar si la onda tropieza en forma oblicua sobre la superficie de los dos cuerpos en cuestión y si sus índices de refracción son diferentes. Es el cambio de velocidad de la onda lo que facilita el fenómeno. La desviación de la dirección de propagación del rayo se justifica por medio de la ley se Snell. Un ejemplo común de la refracción se puede observar cuando se sumerge un lápiz de escribir en un vaso de agua; allí el lápiz parece rajado.

= Principio de Huygens =

Alrededor de 1860 el físico danés Huygens propuso un mecanismo simple para trazar la propagación de ondas. Su construcción es aplicable a onda mecánicas en un medio material. Un frente de onda es una superficie que pasa por todos los puntos del medio alcanzados por el movimiento ondulatorio en el mismo instante. La perturbación en todos esos puntos tiene la misma fase. Podemos trazar una serie de líneas perpendiculares a los sucesivos frentes de onda. Estas líneas se denominan rayos y corresponden a las líneas de propagación de la onda. La relación entre rayos y frente de ondas es similar a la de líneas de fuerza y superficies equipotenciales. El tiempo que separa puntos correspondientes de dos superficies de onda es el mismo para todos los pares de puntos correspondientes (teorema de Malus). Huygens visualizó un método para pasar de un frente de onda a otro. Cuando el movimiento ondulatorio alcanza los puntos que componen un frente de onda, cada partícula del frente se convierte en una fuente secundaria de ondas, que emite ondas secundarias (indicadas por semicircunferencias) que alcanzan la próxima capa de partículas del medio. Entonces estas partículas se ponen en movimiento, formando el subsiguiente frente de onda con la envolvente de estas semicircunferencias. El proceso se repite, resultando la propagación de la onda a través del medio. Esta representación de la propagación es muy razonable cuando la onda resulta de las vibraciones mecánicas de las partículas del medio, es decir una onda elástica pero no tendría significado físico en las ondas electromagnéticas donde no hay partículas que vibren.

Reflexión interna total. Fibra óptica Reflexión interna total es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz, atravesando un medio de índice de refracción //n2// menor que el índice de refracción //n1// en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente.

Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico, θc. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción.

La reflexión interna total se utiliza en fibra óptica para conducir la luz a través de la fibra sin pérdidas de energía. En una fibra óptica el material interno tiene un índice de refracción más grande que el material que lo rodea. El ángulo de la incidencia de la luz es crítico para la base y su revestimiento y se produce una reflexión interna total que preserva la energía transportada por la fibra. = = Imágenes formadas por espejos planos y esféricos 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.

!! ¿Qué imágenes dan?

Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera detrás y no frente a éste ni en la superficie. (Ojo, es un error frecuente el pensar que la imagen la vemos en la superficie del espejo).

El sistema óptico del ojo recoge los rayos que salen divergentes del objeto y los hace converger en la retina.

El ojo identifica la posición que ocupa un objeto como el lugar donde convergen las prolongaciones del haz de rayos divergentes que le llegan. Esas prolongaciones no coinciden con la posición real del objeto. En ese punto se forma la imagen virtual del objeto.

La imagen obtenida en un espejo plano no se puede proyectar sobre una pantalla, colocando una pantalla donde parece estar la imagen no recogería nada. Es, por lo tanto virtual, una copia del objeto “que parece estar” detrás del espejo.

El espejo sí puede reflejar la luz de un objeto y recogerse esta sobre una pantalla, pero esto no es lo que queremos decir cuando afirmamos que la imagen virtual no se recoge sobre una pantalla. El sistema óptico del ojo es el que recoge los rayos divergentes del espejo y el cerebro interpreta como procedentes de detrás del espejo (justo donde se cortan sus prolongaciones)

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.

Del mismo tamaño que el objeto.

Derecha, porque conserva la misma orientación que el objeto.

!! Espejo curvo

Según la forma de la superficie pulimentada de los espejos curvos, estos pueden ser esféricos, parabólicos.

Los espejos esféricos tienen forma de casquete (una parte de una esfera hueca):

Pueden ser cóncavos o convexos.

El espejo es cóncavo si la parte plateada (pulimentada) es la interior del casquete y es convexo si la parte plateada (pulimentada) es la exterior del casquete.( ver en la figura No. 20)



= = Lentes delgadas y aplicaciones Algunas aplicaciones de las lentes delgadas son las siguientes:

Proyector de Video

Un proyector de vídeo o cañón proyector es un aparato que recibe una señal de vídeo y proyecta la imagen correspondiente en una pantalla de proyección usando un sistema de lentes, permitiendo así visualizar imágenes fijas o en movimiento.

Todos los proyectores de vídeo utilizan una luz muy brillante para proyectar la imagen, y los más modernos pueden corregir curvas, borrones y otras inconsistencias a través de los ajustes manuales. Los proyectores de vídeo son mayoritariamente usados en salas de presentaciones o conferencias, en aulas docentes, aunque también se pueden encontrar aplicaciones para cine en casa. La señal de vídeo de entrada puede provenir de diferentes fuentes, como un sintonizador de televisión (terrestre o vía satélite), un ordenador personal…

Otro término parecido a proyector de vídeo es retroproyector el cual, a diferencia del primero, se encuentra implantado internamente en el aparato de televisión y proyecta la imagen hacia el observador.

Maquina copiadora

Máquina fotocopiadora

La mayoría de veces que usted usa una fotocopiadora, es para hacer una copia exacta de una página. Por copia exacta, queremos decir conservar el mismo tamaño de letra o de imágenes que el original. Una máquina fotocopiadora básicamente implica colocar un original sobre el vidrio, bajo el cual hay lentes, y bajo la lente hay otro papel en el que se hará la copia. El objeto (que es el original) está proyectado en la pantalla (que el la hoja de papel).

Bajo la mayoría de circunstancias, la máquina fotocopiadora estará implicada en la situación del caso 3. Esto es cuando el objeto está a 2F, y la imagen formada debe tener el mismo tamaño, real e invertido, esto usualmente no nos preocupa porque usted simplemente puede voltear la hoja para volverla a la posición correcta. = = Interferencia. Experimento de Young El experimento de Young, también denominado experimento de la doble rendija, fue realizado en 1801 por Thomas Young, en un intento de discernir sobre la naturaleza corpuscular u ondulatoria de la luz. Young comprobó un patrón de interferencias en la luz procedente de una fuente lejana al difractarse  en el paso por dos rejillas, resultado que contribuyó a la teoría de la naturaleza ondulatoria de la luz.

Posteriormente, la experiencia ha sido considerada fundamental a la hora de demostrar la dualidad onda corpúsculo, una característica de la <span class="wiki_link_ext">mecánica cuántica. El experimento también puede realizarse con <span class="wiki_link_ext">electrones, <span class="wiki_link_ext">protones  o <span class="wiki_link_ext">neutrones  , produciendo patrones de interferencia similares a los obtenidos cuando se realiza con luz, mostrando, por tanto, el comportamiento dual onda-corpúsculo de la materia.

= = Distribución de intensidad luminosa La curva de distribución de intensidad luminosa, CDL, resulta como sección a través del cuerpo de distribución de intensidad luminosa, que representa las [|intensidades luminosas] de una fuente de luz para todos los ángulos sólidos. En las fuentes de luz de rotación simétrica, la distribución de intensidad luminosa puede caracterizarse mediante una sola curva de distribución de intensidad luminosa, en las fuentes de luz simétricas al eje son necesarias dos o más curvas. La curva de distribución de intensidad luminosa se indica generalmente en forma de un diagrama de coordenadas polares. En los proyectores la representación tiene lugar en coordenadas cartesianas.

= Difracción =

En <span class="wiki_link_ext">física, la difracción es un fenómeno característico de las <span class="wiki_link_ext">ondas  , éste se basa en el curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas <span class="wiki_link_ext">sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la <span class="wiki_link_ext">luz  y las <span class="wiki_link_ext">ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un <span class="wiki_link_ext">láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor. Comparación entre los patrones de difracción e interferencia producidos por una doble rendija (arriba) y cinco rendijas (abajo).

La interferencia se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del objeto, por tanto, los efectos de la difracción disminuyen hasta hacerse indetectables a medida que el tamaño del objeto aumenta comparado con la longitud de onda. En el espectro electromagnético los Rayos X tienen longitudes de onda similares a las distancias interatómicas en la materia. Es posible por lo tanto utilizar la <span class="wiki_link_ext">difracción de rayos X como un método para explorar la naturaleza de la estructura cristalina. La difracción producida por una estructura cristalina verifica la <span class="wiki_link_ext">ley de Bragg. Debido a la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica es posible observar la difracción de partículas como <span class="wiki_link_ext">neutrones o <span class="wiki_link_ext">electrones. En los inicios de la mecánica cuántica este fue uno de los argumentos más claros a favor de la descripción ondulatoria que realiza la <span class="wiki_link_ext">mecánica cuántica de las partículas subatómicas. == = = = = Difracción de una sola rendija Las leyes de reflexión y refracción de la luz suelen deducirse empleando la teoría ondulatoria de la luz introducida en el siglo XVII por el matemático, astrónomo y físico holandés Christiaan Huygens. El principio de Huygens afirma que todo punto de un frente de onda inicial puede considerarse como una fuente de ondas esféricas secundarias que se extienden en todas las direcciones con la misma velocidad, frecuencia y longitud de onda que el frente de onda del que proceden. Con ello puede definirse un nuevo frente de onda que envuelve las ondas secundarias. Como la luz avanza en ángulo recto a este frente de onda, el principio de Huygens puede emplearse para deducir los cambios de dirección de la luz. Cuando las ondas secundarias llegan a otro medio u objeto, cada punto del límite entre los medios se convierte en una fuente de dos conjuntos de ondas. El conjunto reflejado vuelve al primer medio, y el conjunto refractado entra en el segundo medio. El comportamiento de los rayos reflejados y refractados puede explicarse por el principio de Huygens. Es más sencillo, y a veces suficiente, representar la propagación de la luz mediante rayos en vez de ondas. El rayo es la línea de avance, o dirección de propagación, de la energía radiante y, por tanto, perpendicular al frente de onda. En la óptica geométrica se prescinde de la teoría ondulatoria de la luz y se supone que la luz no se difracta. La trayectoria de los rayos a través de un sistema óptico se determina aplicando las leyes de reflexión y refracción.