18 Junio 2019

Introducción

La óptica trata acerca de los fenómenos relativos a la luz. Más precisamente, trata sobre la luz que logramos ver, denominada luz visible. Dado que es difícil responder a la pregunta ¿qué es la luz?, la representaremos como una semirrecta orientada (a la que denominaremos rayo luminoso). Cualquier luz sale de la fuente que la origina (por ejemplo, una lámpara encendida) y circula a velocidades sorprendentes.

En el vacío, su velocidad equivale a 3x10 8 m/s, que es la mayor velocidad que existe. En otros materiales, la luz tiene una velocidad un poco inferior, pero incluso así sigue siendo alta en comparación con otras velocidades que conocemos. A seguir explicaremos mejor el concepto de luz y los fenómenos asociados a la misma. ¡Que te diviertas!

 

Composición

Luz monocromática y poli cromática

Las luces pueden tener diferentes colores (entre ellos el verde, el rojo y el amarillo) y combinarse ópticamente.

La luz de un único color se denomina luz monocromática. Un ejemplo es la luz usada en un láser.

La luz que contiene más de un color se denomina poli cromática. Como ejemplos podemos citar la luz blanca que viene del sol, las lámparas y LED blancas, que contienen todos los colores del arcoíris. El experimento llamado disco de Newton es excelente para observar la combinación de luces monocromáticas oriundas de los diferentes colores usados para pintar el disco.

Cuando se gira a alta velocidad, notamos un disco blanco, sin más separación entre los colores. En ese momento, la luz que llega a nuestros ojos es poli cromática.

 

Rayos luminosos

Los rayos luminosos son la representación geométrica de la trayectoria de la luz e indican su dirección y sentido de propagación.

Por ejemplo, en una fuente puntiforme se emiten infinitos rayos luminosos, a pesar de que solo algunos de ellos llegan a un observador.

Un rayo luminoso se representa por un segmento de recta orientado en el sentido de la propagación.

En la animación que vemos al lado se muestra un único radio luminoso.

 

Pincel luminoso

Un pincel luminoso es la región del espacio por donde los rayos luminosos se propagan. Por ejemplo podríamos citar aquel momento en el que estamos en el cine y miramos hacia arriba. Observamos que existen partículas en el aire que nos permiten ver el camino recorrido por la luz del proyector hasta la pantalla.

 

Absorción de la luz

La absorción de la luz ocurre cuando el haz de luz incide en una superficie de color oscura y no pulida. Este tipo de fenómeno óptico transforma la energía luminosa en energía térmica.

 

Divergente

El haz de luz se define como el conjunto de infinitos rayos luminosos.

Desde el punto de vista práctico, existen algunos tipos de haces luminosos, uno de los cuales se denomina haz.

Un ejemplo de este tipo de haz es una vela dentro de una caja con un orificio. Cuando la luz pasa por el orificio, la misma forma una fuente cónica divergente.

 

Convergente

Un ejemplo de haz convergente es cuando la luz del sol pasa por la lupa y se concentra en un punto sobre la hoja de papel, con lo que puede llegar a quemarla.

 

Cilíndrico

En este caso, los rayos luminosos son paralelos entre si.

 

Punto Objeto

Un punto objeto se define cuando el vértice del haz luminoso incide en un sistema óptico. Se divide en tres tipos principales:

Punto objeto real (POR): es el vértice de un haz de luz divergente. Se forma por el cruce efectivo de los rayos luminosos.

Punto objeto virtual (POV): es el vértice de un haz de luz convergente. Se forma por el cruce imaginario de la prolongación de los rayos luminosos.

Punto objeto impropio (POI): es el vértice de un haz de luz cilíndrico, o sea, se sitúa en el infinito.

 

Punto Imagen

Un punto imagen se define cuando el vértice del haz luminoso es emergente a un sistema óptico, o sea, luego de ser incidido.

Punto imagen real (PIR): es el vértice de un haz de luz emergente-convergente. Se forma por el cruce efectivo de los rayos luminosos.

Punto imagen virtual (PIV): es el vértice de un haz de luz emergente-divergente. Se forma por el cruce imaginario de la prolongación de los rayos luminosos.

Punto imagen impropio (PII): es el vértice de un haz de luz emergente cilíndrico, o sea, se sitúa en el infinito.

Primaria

La fuente de luz primaria se puede definir como cualquier objeto que emite luz.

Las fuentes primarias, también llamadas cuerpos luminosos, son cuerpos que emiten luz propia, como por ejemplo el sol, las estrellas, la llama de una vela o una lámpara encendida.

Secundaria

Las fuentes de luz secundarias también se denominan cuerpos iluminados.

Reflejan la luz que reciben de una fuente primaria, como por ejemplo la luna, los planetas, las nubes y los objetos visibles que no tienen luz propia, entre ellos los seres humanos y los animales.

En la animación al lado podemos observar la sala y todos los objetos en ella únicamente porque son fuentes de luz secundarias, que reflejan la luz que viene de afuera y de las lámparas encendidas.

Incandescente

Son aquellas que transforman energía térmica (en general con temperatura superior a los 500) en energía luminosa.

Este tipo de fuente de luz está representado por el sol, cuya temperatura en la superficie es del orden de los 6000, y las lámparas incandescentes, cuyo filamento llega a temperaturas superiores a los 2000.

Luminiscente

Son aquellas fuentes que emiten luz a temperaturas relativamente bajas.

Ejemplos: Lámparas fluorescentes, sustancias fosforescentes. Las fuentes luminiscentes pueden ser de dos tipos:

520421515403504200. - Emiten luz cuando un agente excitador perturba el medio. Es el caso de las lámparas fluorescentes.

Fosforescentes - Emiten luz por algún tiempo, incluso cuando cesa la causa excitadora de la emisión. Son capaces de almacenar energía luminosa durante el día y emitir luz de noche. Es el caso de las sustancias fosforescentes de los indicadores del reloj y de interruptores que permiten ver en la oscuridad.

Transparente

El medio transparente es un medio óptico que permite la propagación regular de la luz, o sea, el observador ve un objeto con nitidez a través del medio.

Ejemplos: aire, vidrio común, papel celofán, etc.

Translúcido

Los medios translúcido se definen como el medio óptico que permite solo la propagación de la luz irregular, o sea, el observador ve el objeto a través del medio, pero sin nitidez.

Opaco

El medio opaco es el medio óptico que no permite que la luz se propague a través del medio, o sea, no es posible ver un objeto a través del medio.

Homogéneo

Decimos que un medio es homogéneo cuando se elige aleatoriamente un cierto volumen que presenta las mismas propiedades físicas en toda su extensión. O sea, tiene la misma temperatura, densidad, etc.

Un ejemplo de este tipo de medio es el agua.

Isotrópico

El medio isotrópico es aquel que presenta propiedades físicas que no dependen de la dirección en que se las observa. Un ejemplo de este tipo de medio son los cristales.

Ordinario

Es cuando se mantiene al mismo tiempo homogéneo, transparente e isotrópico, como por ejemplo el vacío.

Principio de la propagación rectilínea

En los medios homogéneo, transparentes e isotrópico, la luz se propaga en l├¡nea recta.

Sombra

Cuando un cuerpo opaco se coloca entre una fuente de luz y una mampara, es posible delimitar regiones de sombra y penumbra. La sombra es la región del espacio que no recibe luz directa de la fuente.

Penumbra

La penumbra es la región del espacio que recibe solo parte de la luz directa de la fuente. Se encuentra solo cuando el cuerpo opaco se coloca bajo influencia de una fuente extensa.

 

Cámara oscura

Una cámara oscura consiste en un equipo formado por una caja de paredes totalmente opacas y en el medio de una de las caras existe un pequeño orificio.

Al poner un objeto mirando hacia el orificio, a una distancia cualquiera, se nota que una imagen aparece en la cara opuesta de la caja, pero de forma invertida.

 

Independencia de los rayos

El principio de la independencia de los rayos luminosos establece que cuando los mismos se cruzan, seguirán su trayectoria original de manera independiente, sin sufrir ningún cambio.

 

Reflexión Regular

La reflexión de la luz es el fenómeno mediante el cual la luz vuelve a propagarse en el medio de origen, luego de incidir sobre una superficie de separación entre dos medios.

La reflexión regular ocurre en superficies pulidas, tales como espejos, metales o el agua estancada de un lago.

En este caso de reflexión, los rayos se reflejan en una única dirección, o sea, son paralelos entre sí.

 

Difusa

La reflexión difusa tiene lugar cuando la luz llega a una superficie rugosa, lo que hace que los rayos luminosos reflejados tengan dirección aleatoria por todo el espacio.

 

El color de los objetos

Cuando la luz blanca se descompone, se observa que está formada por una infinidad de colores, de los cuales siete son los principales. El color de un cuerpo depende básicamente de la luz que refleja.

Cuando la luz blanca incide en una superficie blanca, la misma reflejará todos los colores. Un observador verá el cuerpo de color blanco. Si el cuerpo es negro e incide luz blanca sobre él, absorberá toda la luz. De esta manera, no habrá reflexión de ningún color.

Cuando una luz blanca llega a una superficie azul, el cuerpo absorberá todos los colores y solo reflejará el color azul. Lo mismo sucede si la luz blanca incide en un cuerpo rojo o de cualquier otro color.

Si un cuerpo que bajo la luz blanca presenta color rojo se ilumina con una fuente de luz amarilla, no tendrá cómo reflejar esa luz amarilla incidente. En este caso, al cuerpo tendrá la apariencia de un cuerpo negro.

 

Reversibilidad de los rayos

El principio de la reversibilidad de los rayos luminosos dice que un mismo camino óptico puede recorrerse en cualquier sentido. Es por eso, por ejemplo, que una madre que estará al volante del automóvil puede ver a su hijo sentado en el banco de atrás del vehículo usando el retrovisor, de la misma forma que el niño puede ver a su madre, también por el retrovisor.

Refracción Regular

El fenómeno de la regular de la luz tiene lugar cuando la luz pasa de un medio a otro.

En ese caso, el cambio de medio está acompañando por la modificación de la velocidad de propagación de la luz. Un ejemplo de la refracción ocurre cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua. Se observa por la parte lateral del vaso que el lápiz parece estar partido.

 

Difusa

Cuando un haz paralelo incide en un medio translúcido , al refractar dejará de ser paralelo. En este caso, diremos que la refracción es difusa.