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Introduccion.

La luz es uno d elos fenòmenos fisicos que màs han interesado a los hombres a lo largo de la historia. Desde hace mas de 2000 años, los griegos plantearon explicaciones y formularon modelos sobre la naturaleza de la luz. Luego, personajes como Neuton, Young, Descartes, Einstein, entre otros, plantearon modelos, que en diferentes epocas fueron bastante controvertidas.

La òptica es la parte fisica que estudia el comportamiento y los fenomenos relacionados con la luz.


Òptica.

Sin título
Efectos de la luz.

La óptica (del griego οπτομαιoptomai, 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




Ejemplo óptica:











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 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.

Ejemplo reflexion:

FISICA Reflexion de la Luz(06:40)











Leyes de la óptica: La óptica está dividida en óptica geométrica y óptica ondulatoria.

Óptica geométrica: estudia los fenómenos que se producen cuando un haz de radiación luminosa incide sobre cuerpos transparentes u opacos, o interfiere con otras radiaciones luminosas.El ojo contiene particulas donde se puede ver que la pantalla refleja Cabidades luminosas Su teoría, que es de origen geométrico, presupone que la luz se propaga en línea recta en un medio homogéneo.

Óptica ondulatoria: se ocupa de los fenómenos de difracción, interferencia y polarización, que pueden explicarse admitiendo la naturaleza ondulatoria de la luz. Supone que la luz se propaga según ondas transversales. Los rayos luminosos son las trayectorias perpendiculares a la superficie de la onda.

Principio de Huygens-Fresnel:

La onda reflejada está formada por la envolvente de las ondas elementales producidas al mismo tiempo en puntos distintos de la superficie. El rayo reflejado es perpendicular a la onda reflejada, como el rayo incidente respecto a la onda incidente.

Principio de Fermat:

El rayo incidente se divide en dos partes, de manera que satisface las condiciones para las cuales el recorrido entre dos puntos a través de la superficie de separación, se realiza en un tiempo mínimo.

Reflexion total:

Total reflexion.lmb (1)


Este fenómeno se da cuando el rayo de luz no es refractado. Si el rayo proviene de un medio con un índice de refracción mayor n2, incide sobre una superficie con índice de refracción menor, n1, se refleja totalmente:

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Donde α es el ángulo de incidencia que recibe el nombre de ángulo límite o crítico.



Propagaciòn y difracciòn de la luz:

Una de las propiedades de la luz más evidentes a simple vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de atmósferas saturadas.De la propagación de la luz y su encuentro con objetos surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a continuación una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma que, relativamente, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una sombra definida. Si se acerca el foco al cuerpo surgirá una sombra en la que se distinguen una región más clara denominada penumbra y otra más oscura denominada umbra.

Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. Cuando la luz atraviesa un obstáculo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción, es el responsable de que al mirar a través de un agujero muy pequeño todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un número de aumentos máximo.

Velocidad de la luz:


La velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 m/s2 3 (suele aproximarse a 3·108m/s), o lo que es lo mismo 9,46·1015 m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado año luz.

Se simboliza con la letra c, proveniente del latín celéritās (en español celeridad o rapidez), y también es conocida como la constante de Einstein.

El valor de la rapidez de la luz en el vacío fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983, pasando así el metro a ser una unidad derivada de esta constante.

La rapidez a través de un medio que no sea el "vacío" depende de su permitividad eléctrica y permeabilidad magnética y otras características electromagnéticas. En medios materiales, esta rapidez es inferior a "c" y queda codificada en el índice de refracción. En modificaciones del vacío más sutiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones térmicas o presencia de campos externos, la rapidez de la luz depende de la densidad de energía de ese vacío.

Espejos planos


Un espejo plano es toda superficie pulimentada destinada a dar imágenes por reflexión.

Imágenes dadas por espejos planos:

La imagen virtual de un punto, es el punto donde convergen las prolongaciones de todos los rayos reflejados correspondientes a rayos que han salido del objeto. Las características de una imagen dada por un espejo plano son:

  • Es del mismo tamaño del objeto.
  • Es simétrica respecto al objeto, está a la misma distancia detrás del espejo que el objeto delante del espejo.
  • Es virtual.

Espejos esféricos

Son aquellos donde la superficie reflectora es un casquete esférico, es decir su superficie es parte de una esfera. Pueden ser cóncavos y convexos.

  • Cóncavos: son aquellos que presentan concavidad hacia el espacio de donde proviene la luz incidente.
  • Convexos: que presentan una convexidad hacia el espacio de donde proviene la luz incidente.

Espejos

Elementos de un espejo esférico

  • Centro óptico o de curvatura: es el centro de la superficie esférica a la cual pertenece el espejo.
  • Vértice: es la parte central del espejo o polo de la superficie esférica.
  • Eje óptico: es cualquier recta que pasa a través del centro óptico y atraviesa el espejo.
  • Eje principal: es toda recta indefinida que pasa a través del centro de curvatura y atraviesa el espejo. El eje principal es un eje óptico y el espejo puede tener un sólo eje principal y muchos ejes ópticos.
  • Radio de curvatura: es el radio de la superficie esférica a la cual pertenece el espejo.
  • Foco principal: es el punto sobre el eje principal donde convergen todos los rayos reflejados que provienen de los rayos incidentes.
  • Distancia focal: es la distancia medida desde el foco principal al vértice del espejo.

Imágenes dadas por espejos cóncavos

Estas imágenes pueden ser reales y virtuales ya que los puntos u objetos luminosos pueden ocupar varias posiciones con respecto al espejo.

  • Es real porque se forma en la intersección de los rayos reflejados.
  • Es invertida.
  • De menor tamaño que el objeto.

Imágenes dadas por espejos convexos

Un rayo que incide en el espejo, de tal forma que su prolongación pase por el centro de curvatura, se refleja sobre el mismo camino.

En este caso, cualquiera que sea la posición del objeto, siempre se obtendrán imágenes virtuales derechas y reducidas con respecto al objeto. Polarización de la luz

Las ondas luminosas no suelen estar polarizadas, de forma que la vibración electromagnética se produce en todos los planos. La luz que vibra en un solo plano se llama luz polarizada. Polarizaciòn de la luz.


Supongamos un dispositivo experimental consistente en dos polarizadores superpuestos (polarizador y analizador), de forma que un haz de luz los atraviese, y que uno de ellos puede girar respecto del otro, que permanece estático. La intensidad luminosa transmitida por el sistema variará con el ángulo de giro, de tal manera que pasará por dos puntos de máxima luminosidad separados 180º, con dos puntos de oscuridad total a 90º de los anteriores. Entre estos extremos la intensidad va creciendo y decreciendo paulatinamente, según los casos.

Este fenómeno de polarización solo se da con ondas transversales, pero no con longitudinales, ya que implica una asimetría respecto del eje en la dirección de propagación. Si se demuestra que un haz luminoso puede ser polarizado, llegaremos a la conclusión de que las ondas luminosas son transversales.

La luz emitida por un manantial está constituida por una serie de trenes de ondas procedentes de átomos distintos; en cada uno de estos trenes de ondas el campo eléctrico oscila en un plano determinado pero, en general, su orientación es distinta de unos a otros. Dado el enorme número de moléculas y átomos de un manantial luminoso, se comprende el gran número de trenes de ondas que constituye un haz de luz y, por consiguiente, la existencia en éste de ondas polarizadas en todas las direcciones transversales posibles.

Veamos algunos casos en los que se produce polarización de la luz.

Polarización por reflexión. Sabemos que si sobre una superficie reflectora incide luz natural parte de la luz se refleja y parte se refracta. Malus descubrió en 1808 que si hacemos incidir una luz sobre una superficie pulimentada de vidrio con un ángulo de incidencia i de 57º aproximadamente, la luz reflejada está polarizada, siendo el plano de vibración perpendicular al plano de incidencia de los rayos. Si el ángulo de incidencia no es de 57º habrá también polarización pero será menor a medida que el rayo incidente vaya siendo mayor o menor que dicho ángulo.

Más tarde Brewster descubrió que si el rayo reflejado y el refractado forman entre si un ángulo de 90º, el ángulo de incidencia es precisamente el ángulo de polarización. El ángulo de polarización depende del índice de refracción "n" del medio.

En el caso del vidrio, que acabamos de ver, el ángulo es aproximadamente 57º. Hay que señalar también que para este ángulo, el rayo refractado está polarizado parcialmente, coincidiendo su plano de vibración con el de incidencia, mientras que el rayo reflejado está completamente polarizado.

Polarización por doble refracción. Hay determinados cristales que tienen la propiedad de la doble refracción, es decir, el rayo incidente se desdobla en dos en el interior del cristal (espato de islandia, turmalina), uno de ellos llamado ordinario y que sigue las leyes de la refracción y otro llamado extraordinario que no las sigue.

Este tipo de cristal permite obtener luz polarizada partiendo de la luz natural, siempre que logremos eliminar a la salida uno de los rayos emergentes. Esto se puede conseguir con un prisma de Nicol, constituido por un cristal de espato de Islandia al que se le han cortado las caras externas de manera que el ángulo de 71º pase a ser de 68º, después se corta la diagonal, obteniéndose dos prismas que se pegan con bálsamo de Canadá, cuyo índice de refracción está entre el indice de refracción del rayo ordinario y el del extraordinario. En estas condiciones el rayo ordinario sufre reflexión total al llegar a la lámina de bálsamo de Canadá, mientras que el extraordinario se refracta en el bálsamo y se transmite a través del segundo prisma.

Polarización rotatoria. Hemos visto que un prisma de Nicol puede utilizarse como polarizador, ya que al incidir sobre él la luz naztural obtenemos a la salida del mismo luz polarizada cuyo plano de vibración es paralelo a la sección principal. Si este haz de luz polarizada se hace incidir sobre otro prisma de Nicol cuya sección principal sea perpendicular a la del primero, este haz no podrá penetrar en el segundo Nicol ya que vibra en una sección normal, y por lo tanto no habrá salida de luz del segundo Nicol.

En este caso se dice que los Nicols están cruzados, esto se llama Polarización cruzada. Variando la posición relativa de las secciones principales de los dos Nicols se logrará mayor o menor luz a la salida, desde el valor máximo (prismas de Nicol paralelos) hasta la anulación completa (prismas de Nicol cruzados).



Polarización de la luz:

Polarización de la luz
En la polarización, las características transmitidas por una onda se filtran en una dirección de desplazamiento entre todas las direcciones aleatorias inicialmente posibles. Este fenómeno presenta particular interés en el caso de la luz, donde la polarización del campo electromagnético que se transmite permite aprovechar con fines específicos la energía asociada.
Polarización de ondas
En las ondas mecánicas, se llama vector polarización al que define el desplazamiento instantáneo de las partículas del medio sometidas a la oscilación ondulatoria. Este vector puede apuntar, en principio, en cualquier dirección para cada partícula.

En las ondas longitudinales, entendidas como aquellas en que las partículas vibran en la dirección de desplazamiento de la onda, el vector polarización es colineal con la dirección de propagación.
En las ondas transversales, donde las partículas del medio oscilan en dirección perpendicular a la del movimiento de la onda, el vector polarización está siempre contenido en un plano normal a la dirección de propagación.

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Ejemplo polarización:
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