La esencia y el tipo de óptica

INSTITUTO TECNOLOGICO

DE CIUDAD GUZMAN

Fundamentos de física

INGENIERIA EN GESTIÓN EMPRESARIAL

María Esther Palomino Vargas

Ignacio Moya Esquivel

Óptica

CD. Guzmán a 20 de septiembre del 2011

Objetivos generales

• Adquirir la información necesaria para poder comprender el concepto de óptica, analizando los conceptos fundamentales, ejemplo y otras cosas para una mejor comprensión del tema.

• identificar el comportamiento, reacciones e interacciones de la luz ante la materia así como también identificar cuáles son sus características y manifestaciones en la vida cotidiana para de esta manera ampliar el conocimiento del tema y facilitar la comprensión de esta rama de la física.

Óptica

Estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia. Estudia la luz, es decir cómo se comporta la luz ante la materia.

Pero también, hoy día está muy relacionado con la teoría de la relatividad en cuanto al comportamiento de la luz en el espacio.

De la antigüedad griega nos quedan algunos tratados sobre la refracción de la luz hechos por Empédocles y Euclides, los romanos nos dejan algunos aportes importantes como el de Séneca que describe como las esferas de agua aumentan el tamaño aparente de los objetos que se ven a través de ellas.

Durante la edad media Roger Bacon especula sobre el uso de las lentes para mejorar la vista y es en Italia donde se fabrican los primeros monóculos y lentes para los ancianos. Leonardo da Vinci utiliza las lentes para observar los pequeños fósiles presentes en las rocas sedimentarias de las montañas. Galileo construye el primer telescopio astronómico con una lente convexa y otra cóncava. También la naturaleza de la luz había sido objeto de especulación, según los griegos “espectros” salían de los objetos y formaban la imagen dentro del ojo. Pero es en el renacimiento con Newton y Huygens donde nace la verdadera polémica: ¿la luz es una onda o una partícula? Newton sostenía que era una partícula y Huygens sostenía que una onda.

La polémica no se ha resuelto del todo pero podemos afirmar que la luz es onda y partícula a la vez.

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.

En un sentido mucho más amplio, se considera frecuentemente óptica al estudio y manejo de las imágenes en general, aunque éstas no hayan sido necesariamente formadas con luz o métodos ópticos convencionales. Éste es el caso del procesamiento digital de imágenes o de la tomografía computarizada, de las que hablaremos en la sección sobre procesamiento digital de imágenes.

La óptica, desde que se comenzó a estudiar seriamente, ha desempeñado un papel muy importante en el desarrollo del conocimiento científico y de la tecnología. Los principales avances de la física de nuestro siglo, como la teoría cuántica, la relatividad o los láseres tienen su fundamento o comprobación en algún experimento óptico. Por otro lado, también los grandes avances tecnológicos, como las modernas comunicaciones por fibras ópticas, las aplicaciones de los láseres y de la holografía tienen una base óptica.

Reflexión, refracción y difracción

La reflexión (el cambio de dirección de un rayo que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de modo tal que regresa al medio inicial), la refracción (el cambio de dirección al pasar de un medio material a otro) y la difracción (la dispersión y el curvado aparente de la luz al encontrar un obstáculo) son algunos de los fenómenos estudiados por la óptica.

Robert Boyle y Robert Hooke y a dicha teoría la propuso Isaac Newton, los demás 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 María 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.

Primeras teorías y otros fenómenos

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.

El prestigio de Newton, indujo el rechazo por parte de la comunidad científica de la teoría ondulatoria,

...