ÓPTICA FÍSICA Y ÓPTICA GEOMÉTRICA

1 1 PTICA F SICA Y PTICA GEOM TRICAF sica 2 Bachillerato 2La ptica o ciencia que estudia la luz, es una de las ramas m s antiguas de la f ptica geom trica se basa en el concepto de rayo luminoso como trayectoria que siguen las part culas materiales emitidas por los cuerpos luminosos sin preocuparse de estudiar cual es la naturaleza de la ptica f sica estudia los fen menos luminosos e investiga cual es la naturaleza de la luz. 3LA NATURALEZA DE LA LUZ Durante siglos se crey que la luz consist a en un chorro de part culas emitidas por una fuente luminosa Los dem s cuerpos se ve an debido a que se reflejan algunos de los corp sculos que los golpean, y al llegar estas part culas al ojo, se produc a la sensaci n de ver.

2 Esto explicaba la reflexi n de la luz en un espejo 4EL MODELO CORPUSCULAR DE NEWTONAireAgua Sus m todos mec nicos le condujeron a conclusiones err neas, al afirmar que la velocidad de la luz era superior en el agua que en el aireVyVxVxVyVxVyIsaac newton publica en 1704 su ptica y asienta el modelo corpuscular de la luz sobre las ideas de Descartes. Supone que la luz est formada por corp sculos materiales que son lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de modelo explica y se basa en:La propagaci n rectil nea de la luz: la luz est formada por peque as part culas que viajan a gran velocidad, pero no infinita, de manera que sus trayectorias rectil neas constituyen los rayos ley de la reflexi n.

3 Al incidir la luz en una superficie lisa como la de un espejo choca con dicha superficie y se refleja del mismo modo que una bala choca contra una placa de ley de la refracci n o cambio en la direcci n de la trayectoria que experimenta la luz cuando pasa de un medio a otro diferente, por ejemplo, del aire al agua. La refracci n es debida a la diferente densidad de los medios por los que atraviesa la luz 5 Modelo ondulatorio de Huygens En 1690 public su teor a sobre la propagaci n de la luz como un movimiento ondulatorio que necesitaba de un medio material llamado ter, para propagarse Desechaba la posibilidad de que se tratara de un movimiento corpuscular ya que dos haces de luz pod an cruzarse sin estorbarse Su mayor error fue considerar la ondas de luz longitudinales, como las del sonido que se propaga en un medio aun no descubierto que llam ter.

4 Consideraba el ter como un fluido impalpable que todo lo llena incluso donde parece no haber nada, el vac o, luego no existe el vac o ya que est lleno del ter . Considera la luz como ondas esf ricas y conc ntricas con centro en el punto donde se origina la perturbaci n (foco luminoso). Modelos ondulatoriosLa discusi n entre el modelo corpuscular de newton y el ondulatorio de Huygens fue ganada por newton en un primer momento debido a su mayor prestigio y fama como cient fico y a que los experimentos que se conoc an en aquella poca apoyaban a newton 6 Modelo ondulatorio de Fresnel Estableci que las vibraciones en la luz no pueden ser longitudinales, sino que deben ser perpendiculares a la direcci n de propagaci n.

5 Y por tanto transversales Bas ndose en este concepto enunci matem ticamente la ley de la reflexi n Vuelve a tomarse en consideraci n la teor a ondulatoria de la luz en el siglo XIX gracias a los trabajos de difracci n e interferencias con rayos luminosos de Young. Se observa que los rayos luminosos cumplen el principio de superposici n de manera que cuando dos rayos de diferentes or genes coinciden en la misma direcci n su efecto es una combinaci n (superposici n) de ambos y una vez traspasado el lugar de la superposici n siguen con su forma original, comportamiento claramente ondulatorio.

6 Young propone que la luz est formada por ondas estudia el fen meno de polarizaci n de la luz y Fresnel deduce que puesto que la luz se polariza debe ser efectivamente una onda transversal y tridimensional. Faraday estableci una interrelaci n entre electromagnetismo y luz cuando encontr que la direcci n de polarizaci n de un rayo luminoso puede alterarse por la acci n de un fuerte campo magn tico. Sugiri que la luz podr a tener naturaleza electromagn tica. 7 MODELO ONDULATORIO DE MAXWELLE E E Campo el ctricoB B B Campo magn tico James Clerk Maxwell demostr que las ondas luminosas son electromagn ticas, del tipo de las ondas de radio, y no necesitan medio alguno para propagarse La frecuencia de las ondas luminosas es mucho mayor que las de radio, e impresionan la retina del ojo 1.

7 =cHertz produce por primera vez ondas electromagn ticas (luz) a partir de circuitos el ctricos alternos y realiza con ellas reflexi n, refracci n e interferencias. 8 EFECTO FOTOEL CTRICOe Fot n Consiste en la obtenci n de electrones libres de un metal cuando sobre este incide un haz de luz Un aumento de la intensidad luminosa no supon a un incremento de la energ a cin ticade los electrones emitidos La luz interacciona con los electrones de la materia en cantidades discretas que se denominan cuantos La energ a de un cuanto es: E = h siendo la frecuencia y h la constante de Planck cuyo valor es h = 6,62.

8 10-34 rechaza la existencia del ter y admite que la luz se propaga en el vac o con una velocidad de m/s 9 NATURALEZA CORPUSCULAR DE LA LUZ Para observar la presi n luminosa se sit an dos espejos planos en los extremos de una barra suspendida por su centro y orientados en sentidos opuestos Se hace incidir dos haces de luz de gran intensidad produciendo un giro, de modo que se puede calcular el valor de la presi n que la luz ejerce sobre los espejos Esto demuestra que la luz se comporta en ocasiones como una part culaLouis de Broglie afirm en 1922 que la luz tiene doble naturaleza: ondulatoria y corpuscularLa luz se debe a la oscilaci n de las cargas el ctricas que forman la materia, es una perturbaci n electromagn tica que se propaga en forma ondulatoria transversal en el vac o.

9 Una onda electromagn tica se produce por la variaci n en alg n lugar del espacio de las propiedades el ctricas y magn ticas de la materia. 10 Las ondas electromagn ticas difieren entre s en su frecuencia y en su longitud de onda, pero todas se propagan en el vac o a la misma velocidad Las longitudes de onda cubren una amplia gama de valores que se denomina espectro electromagn ticoEL ESPECTRO ELECTROMAGN TICOO ndas de radioInfrarrojosUltravioletaRayos gammaMicroondasRayos XLuz visible 11 NDICE DE REFRACCI N ndice de refracci n de algunas sustanciasAireAguaVidrio para botellasVidrio crown ligeroVidrio flint ligeroCristalinoCuarzoDiamanteNailon 66 Aceite1,001,331,521,541,581,441.

10 542,421,531,45 INDICE DE REFRACCI N: es la relaci n que existe entre la velocidad de la luz en el vac o y la velocidad de la luz en un determinado Puede definirse el ndice de refracci n relativo entre dos medioscomo:tom ndose en general al vac o como medio 1La velocidad de la luz en el vac o es igual a velocidad de la luz en el vac o es igual a 8 m/s; y es la velocidad m xima que ; y es la velocidad m xima que ndice de refracci n peque o indica una velocidad ndice de refracci n del aire se puede tomar como 1 ya que la velocidad de la luz en el aire es aproximadamente igual que en el vac Is tropos: tienen igual ndice de refracci n en todas las Anis tropos.