Cuestionario Optica

Unidad 3 – Óptica

1. Defina que es óptica y describa en forma breve su desarrollo histórico.

* DEFINICION: La óptica se ocupa del estudio de la luz, de sus características y de sus manifestaciones. La reflexión y la refracción por un lado, y las interferencias y la difracción por otro, son algunos, de los fenómenos ópticos fundamentales. Los primeros pueden estudiarse siguiendo la marcha de los rayos luminosos. Los segundos se interpretan recurriendo a la descripción en forma de onda. El conocimiento de las leyes de la óptica permite comprender cómo y por qué se forman esas imágenes, que constituyen para el hombre la representación más valiosa de su mundo exterior.

* DESARROLLO HISTORICO: La óptica, o estudio de la luz, constituye un ejemplo de ciencia milenaria. Ya Arquímedes en el siglo III antes de Cristo era capaz de utilizar con fines bélicos los conocimientos entonces disponibles sobre la marcha de los rayos luminosos a través de espejos y lentes. Sin planteamientos muy elaborados sobre cuál fuera su naturaleza, los antiguos aprendieron, primero, a observar la luz para conocer su comportamiento y, posteriormente, a utilizarla con diversos propósitos. Es a partir del siglo XVII con el surgimiento de la ciencia moderna, cuando el problema de la naturaleza de la luz cobra una importancia singular como objeto del conocimiento científico. La naturaleza de la luz ha sido objeto de la atención de filósofos y científicos desde tiempos remotos. Ya en la antigua Grecia se conocían y se manejaban fenómenos y características de la luz tales como la reflexión, la refracción y el carácter rectilíneo de su propagación, entre otros. No es de extrañar entonces que la pregunta ¿qué es la luz? se planteara como una exigencia de un conocimiento más profundo. Los griegos primero y los árabes después sostuvieron que la luz es una emanación del ojo que se proyecta sobre el objeto, se refleja en él y produce la visión. El ojo sería, pues, el emisor y a la vez el receptor de los rayos luminosos. A partir de esa primera explicación conocida, el desarrollo histórico de las ideas sobre la naturaleza de la luz constituye un ejemplo de cómo evolucionan las teorías y los modelos científicos a medida que, por una parte, se consolida el concepto de ciencia y, por otra, se obtienen nuevos datos experimentales que ponen a prueba las ideas disponibles.

*El modelo corpuscular de Newton

*El modelo ondulatorio de Huygens

*La luz como onda electromagnética

*Los fotones de Einstein

2. Escriba las teorías propuestas por Newton y Huygens, respectivamente, sobre la naturaleza de la luz.

*Newton: La teoría corpuscular.

Tal como antes había mencionado, Newton pensaba que la luz era un sin en número de pequeñísimas partículas llamadas “corpúsculos” estas, como diminutas “pelotitas” un tanto elásticas se movían desde el sol hasta la tierra, negando así la existencia del éter “elástico” que llena el vacío, al comparar como se “rebotaba” un objeto al chocar con una superficie plana y comparar esto con la reflexión de luz, descubrió que tenían un comportamiento “idéntico” este hecho fue lo que llevo a Newton a deducir la ley de la reflexión de la luz,

*Huygens: La teoría corpuscular de la luz

Este científico contemporáneo de Newton apoyaba la existencia del éter “elástico” que llenaba el vacio, para la transmisión de la luz como onda, este científico decía que la luz (entiéndase onda) causaba perturbaciones en puntos equidistantes de el éter, a su vez estos puntos se convertían, con las vibraciones recibidas, en fuentes transmisoras de mas vibraciones, este modelo podía explicar porque la luz de difractaba, en un mismo medio, (ver índice de refracción) además en dos medios diferentes con una simplicidad un poco mayor que la teoría de Newton para este mismo fenómeno(refracción).

3. Diga cuales eran los tres fenómenos que podían ser explicados por cualquiera de las dos teorías sobre la naturaleza de la luz.

*La reflexión de la luz

Al igual que la reflexión de las ondas sonoras, la reflexión luminosa es un fenómeno en virtud del cual la luz al incidir sobre la superficie de los cuerpos cambia de dirección, invirtiéndose el sentido de su propagación. En cierto modo se podría comparar con el rebote que sufre una bola de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa.

La visión de los objetos se lleva a cabo precisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a menos que no sea una fuente en sí mismo, permanecerá invisible en tanto no sea iluminado. Los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la superficie del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y su tamaño.

De acuerdo con las características de la superficie reflectora, la reflexión luminosa puede ser regular o difusa. La reflexión regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. Un espejo o una lámina metálica pulimentada reflejan ordenadamente un haz de rayos conservando la forma del haz. La reflexión difusa se da sobre los cuerpos de superficies más o menos rugosas.

En ellas un haz paralelo, al reflejarse, se dispersa orientándose los rayos en direcciones diferentes. Ésta es la razón por la que un espejo es capaz de reflejar la imagen de otro objeto en tanto que una piedra, por ejemplo, sólo refleja su propia imagen.

Sobre la base de las observaciones antiguas se establecieron las leyes que rigen el comportamiento de la luz en la reflexión regular o especular. Se denominan genéricamente leyes de la reflexión.

Si S es una superficie especular (representada por una línea recta rayada del lado en que no existe la reflexión), se denomina rayo incidente al que llega a S, rayo reflejado al que emerge de ella como resultado de la reflexión y punto de incidencia O al punto de corte del rayo incidente con la superficie S. La recta N, perpendicular a S por el punto de incidencia, se denomina normal.

El ángulo de incidencia ð es el formado por el rayo incidente y la normal. El ángulo de reflexión ð' es el que forma la normal y el rayo reflejado. Con la ayuda de estos conceptos auxiliares pueden anunciarse las leyes de la reflexión en los siguientes términos:

1. ª Ley. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran sobre un mismo plano.

2. ª Ley. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión (ð = ð').

*La refracción de la luz

Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico.

El fenómeno de la refracción va, en general, acompañado de una reflexión, más o menos débil, producida en la superficie que limita los dos medios transparentes. El haz, al llegar a esa superficie límite, en parte se refleja y en parte se refracta, lo cual implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite. A pesar de esta circunstancia, es posible fijar la atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus características.

*La difracción de la luz

Así como refractar es “desviar” la difracción es bordear, este fenómeno, esta mas asociado, con las ondas mecánicas, de una manera más asimilable, pero las ondas electromagnéticas (léase “luz”) también presentan este fenómeno, prueba de ello es un suceso que ocurrió en un eclipse de sol, mientras se observaba una estrella, el eclipse “desviaba “los rayos de luz de aquella estrella emisora y daba una ubicación errónea de su ubicación, después de el eclipse, en la misma noche, se volvió a mirar la estrella y esta se había “movido” de su anterior ubicación esto indicaba que la luz bordeaba el sol, dando la impresión de dar otra ubicación.

4. ¿Cuáles son los fenómenos que no se pueden explicar con la Teoría Corpuscular de la Luz?

*La interferencia, la polarización, el efecto fotoeléctrico, la radiación, la difracción

5. Explique qué concepto tenían antiguamente los físicos sobre la sustancia o medio material llamado éter.

El éter es una sustancia “hipotética” que se usaba para justificar los primeros intentos de demostrar la teoría ondulatoria de la luz, el éter, “es” un medio material, que “llenaba” el vacio esta sustancia permitía las perturbaciones típicas de una onda, de tal forma que el medio perturbado era el éter en ese sentido pudiera atreverme a decir que desde ese punto de vista no “había” vacio en el espacio exterior algo para mi contradictorio.

6. Según Maxwell, ¿cómo está formada la luz y cuáles son sus características?

El físico escocés James Clark Maxwell en 1865 situó en la cúspide las primitivas ideas de Huygens, aclarando en qué consistían las ondas luminosas. Al desarrollar su teoría electromagnética demostró matemáticamente la existencia de campos electromagnéticos que, a modo de ondas, podían propasarse tanto por el espacio vacío como por el interior de algunas sustancias materiales.

Maxwell identificó las ondas luminosas con sus teóricas ondas electromagnéticas, prediciendo que

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