Optica Fisica

La naturaleza de la luz
La óptica es una de las ramas más antiguas de la física. El estudio de la luz ha ocupado la
atención de los hombres desde tiempos remotos, dando lugar a grandes controversias científicas.
Entre los siglos XVII y XX, las investigaciones de científicos como Isaac Newton, Christian
Huygens, Thomas Young, James Clerk Maxwell o Albert Einsten han dado lugar a diferentes
teorías que tratan de explicar la naturaleza y propiedades de la luz.
los físicos describen los fenómenos de la naturaleza formulando teorías científicas: una serie de
modelos matemáticos cuyo objeto es interpretar o explicar los datos obtenidos
experimentalmente, y hacer predicciones acerca de los resultados de futuras observaciones.
Lo que ocurre cuando observamos la luz, es que muestra una doble naturaleza: en unos
experimentos se comporta como una onda y en otros como una partícula. Por este motivo, han
coexistido y evolucionado dos modelos fundamentales para explicar el comportamiento de la luz:
el modelo ondulatorio y el modelo corpuscular.
Modelo ondulatorio
el modelo ondulatorio establece que la luz es una radiación electromagnética que se propaga
en forma de ondas.
Una onda es una perturbación que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A
pesar de que las perturbaciones pueden ser de diferente naturaleza (olas, sonido, ondas
electromagnéticas), todas las ondas tienen un comportamiento semejante.
En el caso de las ondas electromagnéticas, la perturbación consiste en una variación de los

campos eléctrico y magnético originada por una carga eléctrica en movimiento.
Las ondas se caracterizan por una serie de magnitudes:
• La frecuencia (f) es el número de ciclos de la onda por unidad de tiempo. Se mide en

hercios (Hz) que son ciclos por segundo.
• La amplitud (A) es la máxima distancia de cualquier punto de la onda respecto a su
posición de equilibrio. Podría decirse que es la altura de la onda
• La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos ondas consecutivas. Es inversamente
proporcional a la frecuencia
• La fase es la situación de la onda en un determinado instante. Como veremos más
adelante cuando hablemos de la interferencia, la forma en que interactúan dos ondas
depende de su fase
Modelo corpuscular
El modelo corpuscular establece que la luz es una radiación electromagnética que se

propaga en forma de partículas denominadas fotones. Cada fotón es un pequeño paquete
o cuanto, de energía, sin masa ni carga.
La energía de cada fotón no depende de la intensidad de la radiación, sino de su frecuencia. Un

fotón de luz azul tiene más energía que uno de luz roja (debido a su mayor frecuencia). Los
fenómenos de interacción entre la luz y la materia (en los que se produce un intercambio de
energía en cantidades discretas) sólo se pueden explicar siguiendo el modelo corpuscular.
Algunas reacciones químicas ocurren exclusivamente con luz de una frecuencia determinada. Si
la frecuencia no alcanza dicho valor, la reacción no se produce, independientemente de la
intensidad de la luz.
Propagación de la luz
La luz se propaga siguiendo una trayectoria rectilínea y a una velocidad constante

(aproximadamente 300.000 Km/segundo en el vacío).
Aunque sea de forma inconsciente, la percepción visual del mundo que nos rodea está muy
relacionada con esta propiedad. Siempre encontramos una correspondencia entre el mundo que
vemos y el mundo físico. Si miramos de frente a un objeto y caminamos en línea recta hacia él,
llegaremos hasta donde se encuentra. Esta asombrosa coincidencia se produce debido a que la
luz se propaga en línea recta.
6.2 principios de Huygens y Fermat
Establecer que todo punto de una frente de ondas es a su vez una fuente de ondas esféricas, y
las ondas secundarias que se surgen a puntos diferentes interfieren constructivamente entre ellas
entre ellas. La suma de esas ondas es el nuevo frente de onda
Principios de Fermat :
El principio de Fermat es una teoría perteneciente al campo de la óptica en la rama de la física.

A través de este se establece una relación entre la óptica de rayos y la de ondas. Según su
enunciado, se declara que la trayectoria que recorre un rayo de luz entre un punto A y B es
aquella que puede atravesar en el menor tiempo posible.
Sin embargo, a lo largo del tiempo, se consideró como una definición incompleta, por lo que fue
modificada. De esta manera, se presenta el siguiente enunciado: el camino que recorre un rayo
de luz de un punto A hasta un punto B se considera que es atravesado en un tiempo estacionario
tomando en cuenta las variaciones que puede sufrir la trayectoria.
Reflexión:
La reflexión es un fenómeno físico típico de las ondas. Es el cambio de dirección que experimenta
la trayectoria de una onda cuando incide sobre una superficie. Lo podemos comparar con el
rebote que sufre una bola de billar cu: ndo es lanzada contra las bandas de la mesa.
En las superficies pulidas se produce lo que llamamos reflexión especular. En este caso las
ondas luminosas se reflejan de forma ordenada, de forma similar a como inciden. Es lo que
ocurre cuando nos miramos en un espejo.
Sin embargo, la mayoría de los objetos tienen superficies que son rugosas. Las irregularidades
convierten la superficie de un objeto en un gran conjunto de pequeñas superficies orientadas en
distintas direcciones. Cada una de estas micro-superficies reflejará la luz en un ángulo diferente,
por lo que la luz incidente se refleja en todas las direcciones. Esto es lo que llamamos reflexión
difusa.
La percepción visual es posible gracias al fenómeno de la reflexión. La luz se refleja en la

superficie de los objetos, mostrando al observador su forma y su tamaño.
Refracción:
La refracción es el cambio de dirección que sufre la luz cuando atraviesa la frontera entre dos
medios en los que la luz se propaga a distinta velocidad. En ocasiones puede provocar visiones
extrañas, como la inclinación de un lapiz cuando se introduce parcialmente en agua.
6.3 Interferencia de doble rendija, anillos de newton , interferómetro de Michael
Anillos de newton: El fenómeno de los anillos, es llamado asi por el distinguido

científico Isaac Newton. El mismo consiste en un patrón de saltos o interferencia, según la
reflexión de la luz entre dos superficies. Esto sucede entre una curva y una sección plana.
Estos dos haces de luz que nacen de la misma fuente recorren caminos que para la óptica son
totalmente diferentes.
Interferómetro de Michael:
de Michelson (inventado por el físico estadounidense Albert A. Michelson, 1852-1931) es un
instrumento de precisión que produce franjas de interferencia al dividir un haz de luz en dos
partes que recombina después de haber recorrido caminos ópticos diferentes. La representa el
interferómetro y la trayectoria de un haz de luz desde un único punto de la fuente extendida S,
que es una lámina de vidrio esmerilado que difunde la luz de una lámpara monocromática de
longitud de onda λ0λ0. El haz incide en un espejo semitransparente M, donde la mitad se refleja
hacia un lado y la otra mitad atraviesa el espejo. La luz reflejada viaja hasta el espejo plano
móvil M1M1, donde se refleja a través de M hacia el observador. La mitad transmitida del haz
original es reflejada por el espejo estacionario M2M2 y luego hacia el observador por M.
Como ambos haces se originan en el mismo punto de la fuente, son coherentes y, por tanto,
interfieren. Observe en la figura que un rayo pasa tres veces por M y el otro solo una. Para
asegurar que ambos haces atraviesen el mismo grosor de vidrio, se coloca una lámina
compensadora C de vidrio transparente en el brazo que contiene M2M2. Esta lámina es un
duplicado de M (sin el plateado) y suele cortarse de la misma pieza de vidrio utilizada para
producir M. Con el compensador colocado, cualquier diferencia de fase entre los dos haces se
debe únicamente a la diferencia en las distancias que recorren.
Interferencia de doble rendija
El físico holandés Christiaan Huygens (1629-1695) pensaba que la luz era una onda, pero
Isaac Newton no pensaba así. Newton pensaba que había otras explicaciones para el color y
para los efectos de interferencia y difracción que eran observables en esa época. Debido a la
enorme reputación de Newton, su opinión prevaleció en general; el hecho de que el principio de
Huygens funcionara no se consideró una prueba directa que demostrara que la luz es una
onda. La aceptación del carácter ondulatorio de la luz llegó muchos años después, en 1801,
cuando el físico y médico inglés Thomas Young (1773-1829) demostró la interferencia óptica
con su ya clásico experimento de la doble rendija.
Si no hubiera una sino dos fuentes de ondas, se podría hacer que las ondas interfirieran, como
en el caso de las ondas sobre el agua (Figura 3.2). Si la luz es una onda electromagnética,
debe presentar efectos de interferencia bajo circunstancias adecuadas. En el experimento de
Young, la luz solar pasaba a través de un agujero de alfiler en una tabla. El rayo emergente
incidía sobre dos agujeros en una segunda tabla. La luz que emanaba de los dos agujeros de
alfiler caía entonces sobre una pantalla en la que se observaba un patrón de puntos brillantes y
oscuros. Este patrón, llamado franjas, solo puede explicarse a través de la interferencia, un
fenómeno ondulatorio.
Podemos analizar la interferencia de doble rendija con la ayuda de la Figura 3.3, que
representa un aparato análogo al de Young. La luz de una fuente monocromática incide en una
rendija S0S0. La luz que emana de S0S0 es incidente en otras dos rendijas S1S1 y S2S2 que
son equidistantes de S0S0. Un patrón de franjas de interferencia en la pantalla se produce por
la luz que emana de S1S1 y S2S2. Se supone que todas las rendijas son tan estrechas que
pueden considerarse fuentes puntuales secundarias para las ondículas de Huygens(La
naturaleza de la luz). Las ranuras S1S1 y S2S2 están a una distancia d (d≤1mmd≤1mm), y la
distancia entre la pantalla y las rendijas es D(≈1m)D(≈1m), que es mucho mayor que d.

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