NATURALEZA DE LA LUZ

NATURALEZA DE LA LUZ

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. Naturaleza ondulatoria de la luz la dio Thomas Young en 1801 al probar que, en condiciones apropiadas, los haces de luz pueden interferir, es decir se pueden combinar y cancelar entre sí debido a la interferencia destructiva. En aquella época, este comportamiento no podía explicarse con la teoría corpuscular. El suceso más importante, relacionado con la comprensión de la naturaleza de la luz fue el trabajo de Maxwell en 1873 que desarrollo una brillante teoría en la que se demostraba que la luz es una forma de onda electromagnética de alta frecuencia que viaja con una velocidad aproximada de 3x108 m/s.

Sin embargo, a principios del siglo XX, el físico alemán Max Planck, retoma la teoría corpuscular de la luz al introducir el concepto de cuantificación para poder explicar la radiación emitida por cuerpos calientes. El modelo de cuantificación presupone que la energía de la onda luminosa se presenta en paquetes de energía llamados fotones. Albert Einstein utilizó el mismo concepto para explicar el llamado efecto fotoeléctrico relacionado con la emisión de electrones por un metal expuesto a la luz.

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 las 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.

Dos puntos interesantes del eje óptico son el foco objeto y el foco imagen:

• Foco objeto. Punto F del eje óptico cuya imagen se encuentra en el infinito del espacio imagen.

• Foco imagen. Punto F´ del eje óptico que es la imagen de un punto del infinito del espacio objeto.

La construcción de imágenes es muy sencilla si se utilizan los rayos principales:

• Rayo paralelo: Rayo paralelo al eje óptico que parte de la parte superior del objeto. Después de refractarse pasa por el foco imagen.

• Rayo focal: Rayo que parte de la parte superior del objeto y pasa por el foco objeto, con lo cual se refracta de manera que sale paralelo. Después de refractarse pasa por el foco imagen.

• Rayo radial: Rayo que parte de la parte superior del objeto y está dirigido hacia el centro de curvatura del dioptrio. Este rayo no se refracta y continúa en las mismas direcciones ya que el ángulo de incidencia es igual a cero.

Tipos de lentes y sus aplicaciones

Una lente es un objeto transparente que altera la forma de un frente de ondas que pasa a través de él. Las lentes generalmente se construyen de vidrio y se les da forma de tal modo que la luz refractada forme imágenes similares a las que ya hemos estudiado en el caso de los espejos. Quien haya examinado objetos a través de un vidrio de aumento, observado objetos distantes por medio de un telescopio, o tenga experiencia en fotografía, tiene conocimientos sobre los efectos que tienen las lentes sobre la luz. En este tema estudiaremos las imágenes formadas por medio de lentes y estudiaremos sus aplicaciones.

Lentes Simples

La forma más sencilla de entender cómo funcionan las lentes consiste en considerar la refracción de la luz mediante prismas, como ilustra la figura 49. Cuando la ley de Snell se aplica a cada superficie de un prisma, la luz se desvía hacia la normal cuando entra a un prisma y se aleja de ella cuando sale del prisma. El efecto, en cualquier caso, es provocar que el haz de luz se desvíe hacia la base del prisma. Los rayos de luz permanecen paralelos debido a que tanto la superficie de entrada como la de salida son planas y forman ángulos iguales con todos los rayos que pasan por el prisma. Por lo tanto, un prisma simplemente altera la dirección de un frente de onda.

Una lente convergente es la que retracta y converge la luz paralela hacia un punto focal

(a) Dos prismas colocados base contra base hacen convergir los rayos pero

Las superficies curvas de las lentes pueden tener cualquier forma regular, por ejemplo

Figura 51. Ejemplos de lentes convergentes: (a) biconvexa, (b) planoconvexa, y (c) rismas base con base, con luz incidente que viene de la izquierda va a converger, pero no se reunirá en un foco. Para enfocar los rayos de luz en un punto, los rayos extremos deben ser desviados más que los rayos centrales. Esto se consigue tallando las superficies de modo que tengan una sección transversal

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