Naturaleza Del Sonido

Óptica. Rama de la física que se ocupa del estudio de la propagación y el comportamiento de la luz.

La naturaleza física de la luz ha sido uno de los grandes problemas de la ciencia. Desde la antigua Grecia se consideraba la luz como algo de naturaleza corpuscular, eran corpúsculos que formaban el rayo luminoso. Así explicaban fenómenos como la reflexión y refracción de la luz. Newton en el siglo XVIII defendió esta idea, suponía que la luz estaba formada por corpúsculos lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. Escribió un tratado de óptica en el que explicó multitud de fenómenos que sufría la luz.

En 1678, Huygens defiende un modelo ondulatorio, la luz es una onda. Con este modelo se explicaban fenómenos como la interferencia y difracción que el modelo corpuscular no era capaz de explicar. Así la luz era una onda longitudinal, pero las ondas longitudinales necesitan un medio para poder propagarse, y surgió el concepto de éter como el "medio" en el que estamos inmersos. Esto trajo aún más problemas, y la naturaleza del éter fue un quebradero de cabeza de muchos científicos. La solución al problema la dio Maxwell en 1865, la luz es una onda electromagnética que se propaga en el vacío. Quedaba ya por tanto resuelto el problema del éter con la aparición de estas nuevas ondas.

Maxwell se basó en los estudios de Faraday del electromagnetismo, y concluyó que las ondas luminosas son de naturaleza electromagnética. Una ONDA ELECTROMAGNÉTICA se produce por la variación en algún lugar del espacio de las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia. No necesita ningún medio para propagarse, son ondas transversales.

Una carga eléctrica oscilando con una determinada frecuencia, produce ondas electromagnéticas de la misma frecuencia.

La velocidad con la que se propagan estas ondas en el vacío es:

c = 299 792 458 m/s = 300 000.00 km/s

En un sentido amplio, la luz es la zona del espectro de radiación electromagnética que se extiende desde los rayos X hasta las microondas, e incluye la energía radiante que produce la sensación de visión.

En el vacío, la velocidad es la misma para todas las longitudes de onda. La velocidad de la luz en las sustancias materiales es menor que en el vacío, y varía para las distintas longitudes de onda; este efecto se denomina dispersión. La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de una longitud de onda determinada en una sustancia se conoce como índice de refracción de la sustancia para dicha longitud de onda. El índice de refracción del aire es 1,00029 y apenas varía con la longitud de onda. En la mayoría de las aplicaciones resulta suficientemente preciso considerar que es igual a 1. El estudio de la óptica se divide en dos ramas, la óptica geométrica y la óptica física.

Óptica geométrica.

Este campo de la óptica se ocupa de la aplicación de las leyes de reflexión y refracción de la luz al diseño de lentes y otros componentes de instrumentos ópticos.

Intensidad y flujo luminoso.

La intensidad luminosa (I) de una fuente de luz es una medida de la intensidad de la fuente tal y como es vista por el ojo. Debido a que el ojo es menos sensitivo a la luz azul que a la luz verde, una fuente de luz azul debe irradiar más potencia en Watts que de una fuente verde, si las dos tienen la misma intensidad luminosa.

Se dice que una fuente de cualquier combinación de color tiene una intensidad luminosa I de 1candela (1 cd) si su brillantez visual es la misma que la de cierta fuente estándar mantenida a una temperatura de incandescencia de 2046 K. La mayor parte de las fuentes tienen diferentes intensidades luminosas cuando se observan en distintas direcciones, así que el valor de

I para una fuente puede variar con el ángulo en el cual se observa.

La unidad más antigua para I es la bujia:

1 bujía = 0.981 cd

El flujo luminoso es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal (perpendicular) a los rayos de luz. La unidad del flujo luminoso es el lumen (lm).

Iluminación y sus leyes.

Una superficie está iluminada cuando recibe una cierta cantidad de luz. Es muy importante para nuestra salud contar con una iluminación adecuada según la actividad que vayamos a realizar; ejemplo, hacer ejercicio a luz del día por un lapso de tiempo no muy grande resulta bueno para el organismo, pero, leer con los rayos emitidos directamente por el sol es nocivo para la salud.

La iluminación es la cantidad de luz que reciben las superficies de los cuerpos. Su unidad de medida es el

Lux (lx).

Un lux equivale a un lumen por metro cuadrado, mientras que un lumen equivale a una candela x estereorradián. El flujo luminoso total de una fuente de una candela equivale a 4π lúmenes (puesto que una esfera comprende 4π estereorradianes).

1 lx = 1 lm/m2= 1 cd• sr/m2

La diferencia entre el lux y el lumen consiste en que el lux toma en cuenta la superficie sobre la que el flujo luminoso se distribuye. 1000 lúmenes, concentrados sobre un metro cuadrado, iluminan esa superficie con 1000 lux. Los mismos mil lúmenes, distribuidos sobre 10 metros cuadrados, producen una iluminancia de sólo 100 lux.

Una iluminancia de 500 lux es posible en una cocina con un simple tubo fluorescente. Pero para iluminar una fábrica al mismo nivel, se pueden requerir decenas de tubos. En otras palabras, iluminar un área mayor al mismo nivel de lux requiere un número mayor de lúmenes.

La ley de la iluminación, o ley inversa al cuadrado, es una consecuencia de la propagación en línea recta de la luz. Por ejemplo, al colocar un foco de 60 W a una distancia de un metro de la superficie de la mesa, se produce una cierta iluminación sobre ella; si después elevamos el foco a una distancia de 2 metros de la mesa, observaremos que la iluminación de la superficie de la mesa se ha reducido a la cuarta parte de la anterior; finalmente si triplicamos la distancia colocando el foco a 3 metros de la mesa, la iluminación que recibe equivale a la novena parte de la inicial, y por lo tanto podemos enunciar dicha ley de la siguiente manera:

La iluminación que recibe una superficie es directamente proporcional al cuadrado de la distancia que existe entre la fuente y la superficie; matemáticamente se expresa como:

E= I/d2

Donde:

E= iluminación en (lux) lx.

I= intensidad de la fuente luminosa en (candelas) cd.

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