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1. LA ÓPTICA


TODAS las civilizaciones desarrollaron algún tipo de espejo para ver la reflexión de su imagen. Pudo ser un recipiente con agua o una piedra pulida. Con el desarrollo de la metalurgia se pudieron fabricar espejos de metal pulido que producían una imagen mucho más brillante. En Egipto los espejos eran artículos comunes en cierto sector de la población.


El griego Epicuro conocía la ley de la reflexión de la luz, como lo expresa Lucrecio en su libro De la naturaleza de las cosas donde se dice claramente que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. También habla de la refracción de la luz, indicando que una varilla, parcialmente sumergida en el agua, se ve quebrada, pero no ofrece una explicación semejante a la que dan la ley de la refracción, la ley de los senos, o la ley de Snell.


En la Antigüedad muchas personas pensaban que de los ojos se proyectaba algo que palpaba los objetos para verlos. Epicuro hace notar que es de los objetos de donde brotan partículas que hieren los ojos e impresionan la vista.

Abu Alí Alhazen (965-1039). Físico árabe nacido en Irak. Se le considera uno de los creadores de la óptica. Inventó la cámara oscura, que consiste en un cuarto o cajón oscuro que tiene en una de sus paredes un pequeño orificio. En la paredopuesta se forma una imagen invertida de los objetos exteriores. Este aparato es el antecesor de la moderna cámara fotográfica.


Construyó equipos parabólicos como los que ahora se usan en los modernos telescopios y estudió sus propiedades de enfoque.

Fabricó lentes y estudió el enfoque que producen. Los conocimientos de óptica en tiempos de Alhazen se muestran en la figura 20. La tradición cuenta que Arquímedes defendió su ciudad natal, Siracusa, empleando espejos cóncavos de gran radio de curvatura, para concentrar la luz del Sol en los barcos enemigos y quemarlos. En la figura se observa también que eran conocidas la reflexión y la refracción de la luz: se ve un hombre frente a un espejo y a otro dentro de un estanque, al que se le ven las piernas quebradas. El arco iris entre las nubes es igualmente observable. Leonardo da Vinci, conociendo la tradición de Arquímedes, diseñó por lo menos siete máquinas para tallar espejos de gran tamaño y radio de curvatura, pero probablemente nunca construyó una de estas máquinas (Figura 21). En la actualidad, para concentrar la luz solar en una pequeña zona se emplean muchos espejos planos pequeños, orientados en la dirección deseada.


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Figura 20. Conocimientos de óptica en tiempos de Alhazen (año 1000). Pueden verse en el esquema espejos cóncavos que concentran la luz solar, espejos planos, el arco iris y la refracción de la luz, al observar las piernas del hombre en el estanque.

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Figura 21. Uno de los diseños de Leonardo da Vinci: aparato para tallar espejos esféricos de grandiámetro y radio de curvatura.


Desde el siglo XIV se desarrolló en Europa la construcción de lentes para corregir defectos de la vista, como puede observarse en diversas pinturas de la época. Cuenta la leyenda que en una tienda de lentes, en Holanda, un cliente comenzó a mirar a través de dos lentes, puestas una enfrente de la otra y observó que los objetos se veían más cerca de lo que en realidad se encontraban, se había inventado así el telescopio.


EL DESARROLLO DE LA ÓPTICA COMO CIENCIA


La noticia del descubrimiento del telescopio llegó a Galileo en 1609, y seis meses después había diseñado y construido un telescopio ideado por él. Lo más importante es que, por primera vez, empleó este telescopio y los otros que construyó posteriormente, a la investigación de la mecánica celeste.


Observó que la Luna tenía montañas, y el Sol manchas que cambiaban con el tiempo, de donde dedujo que giraba alrededor de su eje, con periodo de 27 días. Al observar las estrellas vio que permanecían puntuales en el telescopio, aun las más brillantes, mientras que los planetas se veían como pequeñas esferas. La conclusión de Galileo fue que las estrellas debían estar mucho más lejanas que los planetas y que el Universo podía ser indefinidamente grande. Descubrió cuatro satélites de Júpiter.


Galileo fue el primero en proponer un método para medir la velocidad de la luz, que consistía en que dos hombres con linternas, subidos en dos montañas próximas, al destapar el primero su linterna, y ver la luz el segundo, éste destaparía la suya y el primeromediría el tiempo transcurrido desde que destapó su linterna hasta que observó la luz del otro. La velocidad de la luz se encontraría dividiendo el doble de la distancia entre las montañas, entre el tiempo empleado. Este método no dio resultado porque la luz se mueve muy aprisa y el tiempo de respuesta de los observadores es muy lento. Dos siglos después, el francés Fizeau empleó este método con éxito, sustituyendo al segundo observador con un espejo y dotando al primero con una rueda dentada por la que pasaba la luz de ida y de vuelta. Al ir aumentando la velocidad de la rueda, había un momento en que la luz que pasaba entre dos dientes, al regresar chocaba con el diente próximo.


Willebrord Snell (1591-1626). Físico holandés. Descubrió la ley de la refracción de la luz. En un triángulo rectángulo, o sea el que tiene un ángulo recto, el seno de uno de los ángulos agudos es el cociente que resulta de dividir el cateto opuesto al ángulo, entre la hipotenusa.


Cuando la luz pasa de un medio a otro, por ejemplo del aire al vidrio o al agua, se dice que refracta. Se llama ángulo de incidencia al formado por el rayo incidente con la normal a la superficie de separación entre los dos medios y ángulo de refracción al formado entre el rayo refractado y la normal.


La ley de Snell nos dice que para dos medios dados, el seno del ángulo de incidencia, entre el seno del ángulo de refracción, es una constante, y que el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en un mismo plano.


Esta ley es fundamental para diseñar lentes yaparatos ópticos.


Un rayo luminoso al atravesar un vidrio de caras planas y paralelas después de refractarse dos veces sale paralelo al rayo incidente (Figura 22).



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Figura 22. Reflexión y refracción de un rayo luminoso al atravesar un vidrio plano de caras paralelas, de acuerdo con la ley de Snell.


Descartes también descubrió esta ley, pero publicó sus resultados después de Snell.


Marcelo Malpighi (1628-1694). Fisiólogo italiano. Como una consecuencia del invento del telescopio por Galileo, Malpighi consideró que podía diseñarse una combinación de lentes que aumentara el tamaño de los objetos pequeños. Así llegó a inventar el microscopio y la microscopía que se desarrollaron ampliamente a mediados del siglo XVII.


En 1650 estudió el tejido de los pulmones de las ranas y mostró que la sangre fluye a través de un complejo sistema de vasos y conductos donde la sangre se oxigena.


Malpighi y sus seguidores mostraron que el mundo de lo infinitesimal es tan importante como el mundo macroscópico o la astronomía.


Anton van Leeuwenhoek (1632-1723). Perfeccionó el microscopio y fue el primero en describir los espermatozoides. En 1667 descubrió los primeros animales unicelulares llamados protozoarios y en 1683 describe a las bacterias. Encontró que las moscas tienen pequeños parásitos.

En su vida talló 419 lentes que empleó en los microscopios que construyó. Sus microscopios tuvieron amplificaciones hasta de doscientos y su construcción fue simple, consistía en una sola lente muy pequeña, del tamaño de una cabeza dealfiler, tallada con gran perfección. Por ella Leeuwenhoek observó lo que ningún otro hombre en su tiempo pudo ver.