Introducción
En el presente trabajo se busca dar a conocer fenómenos cotidianos asociados a
la luz, llevando a una comprensión sobre la base de los conceptos físicos y
relaciones matemáticas elementales.
La óptica se ocupa del
estudio de la luz, de sus características y de sus manifestaciones. La
reflexión y la refracción por un lado, y las
interferencias y la difracción por otro, son algunos, de los fenómenos ópticos
fundamentales. Los primeros pueden estudiarse siguiendo la
marcha de los rayos luminosos. Los segundos se
interpretan recurriendo a la descripción en forma de onda.
El conocimiento de las leyes de la óptica permite comprender
cómo y por qué se forman esas imágenes, que constituyen para el hombre la
representación más valiosa de su mundo exterior.
Es la vista quizás, el más apreciado de los sentidos y por eso estamos
acostumbrados a la luz, a la sombra, al color. Se dice
que los cuerpos se nos hacen visibles por dos razones: porque poseen luz propia o porque tienen la propiedad de reflejar la luz
que reciben de otros objetos; por eso es importante enterarnos de cómo es su
comportamiento dual, es decir, su naturaleza, como actúa.
El tema de la luz, en física, es trabajado como la óptica en este trabajo abordaremos, los lentes y
los espejos y para que se utilizan en el tema de la luz, y como pueden modificar a un objeto. También
hablaremos un poco sobre algunos instrumentos donde
estos están formados por algunos lentes y espejos que van a sermencionados. Se
verán por medios de esquemas como se forman las imágenes en
dichos aparatos o instrumentos.
sCuáles son las dos posturas que se han sostenido
a lo largo de la historia para explicar la naturaleza de la luz?
Antes de iniciar el siglo XIX la luz se consideraba como una corriente de partículas emitidas por el objeto
que era visto o que se emitían de los ojos del observador. El principal exponente de la
teoría corpuscular de la luz fue Isaac newton, quien
explico que las partículas eran emitidas por una fuente luminosa y que estas
estimulaban el sentido de la visión al entrar al ojo. Con base en ello, el pudo
explicar la reflexión y la refracción.
La mayoría de los científicos acepto la teoría corpuscular de la luz de newton. Sin embargo, durante
el curso de su vida fue propuesta otra teoría, una que argüía que la luz podría
ser cierto tipo de movimiento ondulatorio. En 1678 un
físico y astrónomo holandés, Christian Huygens, demostró que la teoría
ondulatoria de la luz podría explicar también la reflexión y la refracción. La
teoría ondulatoria no fue aceptada de inmediato. Asimismo, se argüía que si la luz era alguna forma de onda, debería rodear los obstáculos;
por tanto, podríamos ver los objetos alrededor de las esquinas. Ahora se sabe
efectivamente que la luz rodea los bordes de los
objetos. El fenómeno, conocido como difracción, no es fácil de
observar porque las ondas luminosas tienen longitudes de onda cortas. De este modo, aunqueFrancesco Grimaldi (1618-1663) proporciono
pruebas experimentales para la difracción aproximadamente en 1660, la mayoría
de los científicos rechazo la teoría de ondulatoria y aceptó la teoría
corpuscular de newton durante más de un siglo.
La primera demostración clara de la naturaleza ondulatoria de la luz fue
proporcionada en 1801 por Thomas Young (1773-1829), quien demostró que, en
condiciones apropiadas, los rayos luminosos interfieren entre sí. En ese entonces dicho comportamiento no podía explicarse
mediante la teoría corpuscular debido a que no hay manera concebible por medio
de la cual dos o más partículas puedan juntarse y cancelarse una a la otra.
Varios años después un físico francés, Augustín
Fresnel (1788-1829), efectuó varios experimentos relacionados con la
interferencia y la difracción. En 1850 Jean Foucault (1791-1868) proporcionó
más pruebas de lo inadecuado de la teoría corpuscular al demostrar que la
rapidez de la luz en líquidos es menor que en el aire.
De acuerdo con el modelo corpuscular, la rapidez de la luz
sería más alta en líquidos que en el aire. Otros experimentos realizados durante el siglo XIX llevaron la aceptación general de la
teoría ondulatoria de la luz, y el trabajo más importante fue el de Maxwell,
quien en 1873 afirmó que la luz era una forma de onda electromagnética de alta
frecuencia. Hertz proporcionó la confirmación experimental de
la teoría de Maxwell en 1887 al producir y detectar ondas electromagnéticas.
Además, Hertz y otrosinvestigadores demostraron que tales
ondas experimentaban reflexión y refracción y exhibían todas las otras propiedades
características de las ondas.
sA qué conclusión llegaron los científicos
respecto de la forma en que se comporta la luz?
La luz tiene una naturaleza dual: En algunos casos la
luz actúa como una onda y en otros como una partícula. La luz es la luz, sin duda. Sin embargo, la pregunta, sla luz es una onda o una partícula? Es
inadecuada. En algunos casos la luz actúa como
una onda y en otros como
partícula
3 sCon que rapidez se propaga la luz en el aire? sSe
propaga la luz con la misma velocidad en todos los
medios?
La luz viaja a una rapidez tan alta (c ≈ 3x108
m/s) que los primeros intentos para medir su rapidez no obtuvieron éxito.
Galileo intentó medir la rapidez de la luz colocando
dos observadores en torres separadas por aproximadamente 10 km. Cada observador
llevaba una linterna tapada. Uno de los observadores destaparía su linterna
primero y el otro haría lo mismo en el momento en q viera la luz
de la primera linterna. Galileo pensó que, conociendo el
tiempo de tránsito de los haces luminosos entre linternas obtendría la rapidez.
Sus no fueron convincentes.
En la actualidad sabemos (como el propio Galileo concluyó)
que es muy importante medir la rapidez de la luz de esta manera debido a que el
tiempo de transito es muy pequeño comparado con el tiempo de reacción de los
observadores.
• Método de Roemer.
El primer cálculoexitoso de la rapidez de la luz fue
hecho en 1675 por el astrónomo danés Ole Roemer (1644-1710). Su técnica incluía
observaciones astronómicas de una de las lunas de Júpiter, Io, la cual tiene un periodo de revolución aproximado de 42.5h. El periodo de
revolución de Júpiter alrededor del sol es aproximadamente de 12
años; de modo que cuando la tierra se mueve 90s alrededor del Sol, Júpiter gira
sólo (1/12)90s = 7.5s.
Un observador empleando el movimiento orbital de Io como un reloj esperaría
que su órbita tuviera un periodo constante. Sin embargo, Roemer observó
variaciones sistemáticas en el periodo de Io durante
un año. Descubrió que los periodos se volvían más grandes que el promedio
cuando la Tierra se alejaba de Júpiter, y más pequeños que el promedio cuando
nuestro planeta se aproximaba a él. Por ejemplo, si Io
tenía un periodo constante, Roemer debía haber visto
un eclipse que ocurría en un instante particular y habría podido predecir
cuándo se produciría el siguiente eclipse. Sin embargo,
cuando verificó el segundo eclipse se retrasaba. De
hecho, si el intervalo entre las observaciones era de tres meses, el tiempo de
retraso era aproximadamente 600seg. Roemer atribuyó
esta variación en el periodo al hecho de que las distancia entre la Tierra Y
Júpiter cambiaba de una observación a la siguiente. En tres meses (un
cuarto del periodo de revolución de la tierra alrededor del sol), la luz de
Júpiter viaja una distancia igual al radio de la órbita terrestre.Empleando los
datos de Roemer, Huygens estimó el límite inferior para la rapidez de la luz
aproximadamente igual a 2.3x108 m/s. Dicho experimento es importante desde el
punto de vista histórico porque demostró que la luz tiene una rapidez finita y
proporcionó una estimación de esta rapidez.
• Técnica de Fizeau
El primer método útil para medir la rapidez de la luz
mediante técnicas puramente terrestres fue desarrollado en 1849 por Armand H.
L. Fizeau (1819-1896).
El procedimiento básico consiste en medir el tiempo total que tarda la luz en viajar de un punto a un espejo distante y regresar.
Si “d” es la distancia entre la fuente de luz (considerando que está en la
posición de la rueda) y el espejo, y si el tiempo de tránsito para un recorrido
completo es “t”, entonces la rapidez de la luz es (c=2d/t).
Para medir el tiempo de tránsito Fizeau
utilizó una rueda dentada rotatoria, la cual convierte un
haz continuo de la luz en una serie de pulsos luminosos. La rotación de la
rueda controla lo que un observador ve en la fuente
luminosa. Por ejemplo, si el pulso viaja hacia el espejo y pasa por la abertura
en el punto “A”, debe regresar a la rueda en el instante que el diente “B” ha
girado a una posición para cubrir la trayectoria de regreso, entonces el pulso
no alcanzará al observador. A una rapidez mayor de rotación,
la abertura en el punto “C” podía moverse a una posición que permitiera al
pulso reflejado llegar al observador. Conociendo la distancia “d”, el
número dedientes en la rueda y la rapidez angular de la misma, Fizeau llegó al
valor de “c=3.1x108 m/s. Mediciones similares hechas por investigadores
subsecuentes produjeron valores más precisos d “c”, aproximadamente 2.9979x108
m/s.
Actualmente el valor exacto aceptado para la velocidad de la luz en el vacío es
de 299.792.458 m/s.
La velocidad de la luz al propagarse a través de la materia es menor que a
través del vacío y depende de las propiedades dieléctricas del medio y de la
energía de la luz. La relación entre la velocidad de la luz en el vacío c y en
un medio v se denomina índice de refracción del medio
4.- sEn qué se diferencian las fuentes naturales de la luz de las fuentes
artificiales? De ejemplos de cada una de ellas.
La luz proviene de los cuerpos llamados “fuentes o
emisores”. Como ejemplos de fuentes
luminosas tenemos: el fuego, las estrellas, y algunos insectos como las luciérnagas. También son emisores de
luz las ampolletas, los tubos fluorescentes y las
linternas.
La diferencia que existe entre estas dos fuentes
luminosas, es que las primeras no son producidas por seres humanos.
Los cuerpos que son capaces de emitir luz se les
denomina “fuentes luminosas naturales”. Los otros emisores de luz mencionados que han sido producidos por seres humanos
reciben el nombre de “fuentes luminosas artificiales”.
sCómo se verifica que la luz se propaga en forma
rectilínea?
La luz viaja en línea recta; un hecho defrecuente observación permite
corroborarlo; si por un intersticio de una pieza a oscuras entra luz solar,
ésta alumbra el polvillo existente en el aire, permitiendo seguir la
propagación y constatar de que es rectilínea; o también, si delante de una
fuente luminosa se colocan pantallas opacas provistas cada una de un pequeño
orificio, sólo se verá la luz desde el otro extremo, cuando la fuente luminosa,
los orificios y el ojo del observador estén en línea recta; se deja ver la luz
con sólo correr un poco y lateralmente una de las pantallas. Como consecuencia de la propagación
rectilínea de la luz tenemos la formación de sombras y
penumbras; la explicación de los eclipses, fases lunares, entre otras.
sCómo se clasifican los cuerpos, de acuerdo con el
comportamiento que tiene la luz con ellos?
Según el paso que den a la luz, los cuerpos se clasifican en
• Opacos: que no permiten el paso de la luz, como el cartón, la madera
y otros.
• Transparentes: que permiten el paso
de la luz y se pueden ver los objetos a través de ellos, como el vidrio.
• Translúcidos: dejan pasar la luz pero no se ven los
objetos a través de ellos, como
el papel fino y la tela.
sQué son los cuerpos reflectores?
Los cuerpos reflectores, son aquellos que reflejan la luz.
Por ejemplo, espejos, metales pulidos, piso de cerámica.
Explica cómo se produce la reflexión especular y
la reflexión difusa.
Cuando un rayo de luz viaja en un medio encuentra una
frontera que conduce a unsegundo medio, parte de la luz incidente se refleja.
La figura “a” presenta varios rayos de un haz de luz
incidente sobre una superficie reflectora lisa, similar a un espejo. Los rayos
reflejados son paralelos entre sí, como se indica en la figura. La
dirección de un rayo reflejado está en el plano perpendicular a la
superficie reflectora que contiene el rayo incidente. La reflexión de la luz a partir de dicha superficie lisa recibe el nombre de
reflexión especular. Si la superficie reflejante es rugosa como muestra la figura “b”, la superficie
refleja los rayos no como
un conjunto paralelo sino en varias direcciones. La reflexión en cualquier
superficie rugosa se conoce como reflexión difusa. Una
superficie se comporta como una superficie lisa siempre
que las variaciones en la misma sean más pequeñas que la longitud de onda de la
luz incidente.
La diferencia entre las dos clases de reflexión explica por qué es más difícil
observar mientras se conduce en una noche lluviosa. Si la carretera está
mojada, la superficie lisa del agua refleja de manera especular la
mayoría de la luz que emiten sus faros a mayor distancia de su auto. Cuando la
carretera está seca dicha superficie rugosa refleja en forma difusa parte de la
luz que emiten sus faros hacia atrás de usted,
permitiéndole ver claramente la carretera.
9.- Explica cuáles son las características que tiene la imagen que se produce
cuando te miras al espejo (plano)
Un espejo plano es una superficie plana muypulimentada que puede reflejar la
luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz
incidente del 95% (o superior). Los espejos planos se utilizan con mucha
frecuencia. Son los que usamos cada mañana para mirarnos.
En ellos vemos nuestro reflejo, una imagen que no está
distorsionada.
Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera detrás y no
frente a éste ni en la superficie. (Ojo, es un error
frecuente el pensar que la imagen la vemos en la superficie del espejo). El sistema óptico del ojo recoge los rayos que
salen divergentes del
objeto y los hace converger en la retina. El ojo identifica la posición que
ocupa un objeto como el
lugar donde convergen las prolongaciones del
haz de rayos divergentes que le llegan. Esas prolongaciones no coinciden con la
posición real del
objeto. En ese punto se forma la imagen virtual del objeto.
La imagen obtenida en un espejo plano no se puede proyectar sobre una
pantalla, colocando una pantalla donde parece estar la imagen no recogería
nada. Es, por lo tanto virtual, una copia del objeto “que parece estar” detrás del espejo.
El espejo sí puede reflejar la luz de un objeto y
recogerse esta sobre una pantalla, pero esto no es lo que queremos decir cuando
afirmamos que la imagen virtual no se recoge sobre una pantalla. El sistema
óptico del ojo es el que recoge los rayos divergentes del espejo y el cerebro
interpreta como procedentes de detrás del espejo (justo donde se cortan
susprolongaciones)
La imagen formada es:
• Simétrica, porque aparentemente está a la misma distancia del espejo
• Virtual, porque se ve como si estuviera dentro del espejo, no se puede formar
sobre una pantalla pero puede ser Vista cuando la enfocamos con los ojos.
• Del mismo
tamaño que el objeto.
• Derecha, porque conserva la misma orientación que el objeto.
10 Explica las leyes de reflexión de la luz. Haz un trazado de rayos.
Considere un rayo de luz que viaja en el aire y que
incide a cierto ángulo sobre un superficie plana y lisa, como se muestra en la figura. Los rayos incidentes y reflejado forman ángulos θ1 y θ’1,
los cuales tienen el mismo valor.
Los rayos incidente, reflejado, refractado y la recta normal
Pertenecen a un único plano, llamado plano de incidencia
11 sQué característica tiene la imagen que se forma
con un espejo cóncavo? Explica.
• Si el objeto está situado entre el centro de curvatura y el
infinito, la imagen será de menor tamaño, real e invertido. Que la imagen sea
real, significa que se forma en el mismo lado del objeto.
• Si el objeto está situado en C la imagen también estará en C y será de igual
tamaño, invertida y real.
• Si el objeto está situado entre el centro de curvatura y el foco,
la imagen será mayor, real e invertida.
• Si el objeto está situado entre el foco y el espejo, la imagen será mayor,
derecha y virtual. Estará situada detrás del
espejo
12 sQué característica tiene la imagen que se forma
en unespejo convexo? Explica.
• Si el objeto está situado entre el foco y el espejo, la imagen será mayor,
derecha y virtual. Estará situada detrás del espejo.
• Cualquiera sea la posición del objeto frente al espejo
convexo, siempre tendrá una imagen virtual, derecha y de menor tamaño.
•
13 Señala una aplicación de los espejos convexos y una
aplicación de los espejos cóncavos.
Espejos cóncavos
• Estufas: la fuente de calor se ubica en el foco de un
espejo cóncavo construido de un material reflectante, con ello se logra máxima
eficiencia en la distribución de calor.
• Horno solar: Se logra elevar la temperatura de los objetos ubicándolos en el
foco de dicho espejo.
• Telescopio: se utilizan espejos cóncavos para reunir una gran cantidad de luz en un solo punto, y así analizarla (conocidos como telescopios
relectores o newtonianos).
Espejos Convexos (permiten tener un mayor campo visual
• Espejos retrovisores.
• Espejos a las salidas de los estacionamientos.
14 sPor qué se produce el fenómeno conocido como refracción de la
luz?
Cuando un rayo de luz que viaja a través de un medio
transparente encuentra una frontera que lleva a otro medio transparente, como se muestra en la figura, parte del rayo se refleja y parte entra al segundo
medio. La parte que entra al segundo medio se dobla en la frontera y se dice
que se refracta. El rayo reflectado y el rayo refractado se encuentran en el
mismo plano.
El ángulo de refracción, θ2, que se observa en lafigura, depende de las
propiedades de los dos medios y del ángulo de incidencia a través
de la relación
Donde v1 es la rapidez de la luz en el medio 1 y v2 es la rapidez de la luz en
el medio 2.
La trayectoria de un rayo luminoso a través de una
superficie refractante es reversible. Por ejemplo, el rayo que muestra la
figura viaja del punto A al punto B. Si el rayo se hubiera originado en el B,
éste viajaría a la izquierda a lo largo de la línea BA para llegar al punto A,
y la parte reflejada apuntaría hacia abajo y a la izquierda en el vidrio.
15 Explica las leyes de refracción de la luz.
• Si la luz pasa de un medio con menor índice de
refracción a uno de mayor índice de refracción, la luz se desvía acercándose a
la normal.
• Si la luz pasa de un medio con mayor índice de
refracción a uno de menor índice de refracción, la luz se desvía alejándose de
la normal.
Ley de refracción (Ley de Snell
La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de
refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio
y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entenderse como el
producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de
incidencia es igual al producto del índice de refracción del segundo medio por
el seno del ángulo de refracción. Donde: n1 = índice de refracción del primer medio, θ1=
Ángulo de Incidencia, n2 = índice de refracción del segundo medio y θ2 = ángulo
derefracción.
Ley de snell
16 sEn qué caso decimos que existen reflexión total
de la luz?
• Este fenómeno ocurre sólo si n2 > n1.
• Si el ángulo de incidencia llega a un valor límite,
se produce una refracción rasante.
• Si el ángulo de incidencia es mayor que el valor límite, el rayo no se
refracta, sino que se refleja; la superficie actúa como un espejo plano.
17 sQué son los lentes?
Las lentes son objetos transparentes (normalmente de vidrio),
limitados por dos superficies, de las que al menos una es curva.
Las lentes más comunes se basan en el distinto grado de refracción que
experimentan los rayos de luz al incidir en puntos
diferentes de la lente. Entre ellas están las
utilizadas para corregir los problemas de visión en gafas, anteojos o
lentillas. También se usan lentes, o combinaciones de lentes
y espejos, en telescopios y microscopios. El primer telescopio
astronómico fue construido por Galileo Galilei usando una lente convergente como objetivo y otra divergente como ocular. Existen también instrumentos capaces de hacer converger o divergir
otros tipos de ondas electromagnéticas y a los que se les denomina también
lentes. Por ejemplo, en los microscopios electrónicos
las lentes son de carácter magnético.
18 sQué tipos de lentes existen?
• Tipos de lentes convergentesLas lentes convergentes son más gruesas por el centro
que por el borde, y concentran (hacen converger) en un punto los rayos de luz
que las atraviesan. A este punto se le llama foco (F)
y la separación entre él y la lente se conoce como distancia focal (f).
• Tipos de lentes divergentes
Las lentes divergentes son más gruesas en el borde que el centro, y separan
(hacen diverger) los rayos de luz que las atraviesan.
19 Investiga los siguientes instrumentos: la lupa –
el telescopio – el microscopio – el calidoscopio – el prismático -. Haga el trazado de rayos de cada instrumento indicado el tipo de
imagen que se forma.
El microscopio compuesto: un aumento simple solo
proporciona una ayuda limitada al inspeccionar los diminutos detalles de un
objeto. Un aumento mayor puede conseguirse al combinar
dos lentes en un dispositivo denominado microscopio compuesto, del cual se presenta un
diagrama esquemático en la imagen. Esta consta de un lente, el objetivo, que
tiene una longitud focal muy corta ƒ0 < 1cm, y un segundo lente, el ocular,
que tiene una longitud focal ƒe de unos cuantos centímetros. Los
dos lentes están separados por una distancia L, la cual es mucho más grande que
ƒ0 o ƒe. El objeto, que se coloca en el lado extremo del punto focal del
objeto, forma una imagen invertida real en I1, y dicha imagen está localizada
en o cerca del punto focal del ocular. El ocular, que sirve como
un simple amplificador, produce en i2 una imagen de i1 virtual einvertida.
El aumento lateral M1 de la primera imagen es -q1/p1.
Advertida en la imagen que q1 es aproximadamente igual al l, y que el objeto
está muy cerca del
punto focal del
objetivo: p1≈ƒo. Por consiguiente, el aumento lateral para el objeto es
El aumento angular del
ocular para un objeto (correspondiente a la imagen i1) situando en el punto
focal del
ocular se encuentra que es, a partir de la siguiente ecuación.
El aumento total del microscopio compuesto se
define como el
producto de los aumentos lateral y angular
El signo negativo indica que la imagen está invertida.
El microscopio ha extendido la visión humana hasta el punto donde se puede ver
detalle antes desconocidos de objetos increíblemente pequeños. Las capacidades
de tal instrumento se incrementan en forma continua
con técnicas mejoradas para la precisión del
pulido de lentes. Una pregunta que a menudo se hace respecto a los microscopios
es “Si uno fuera extremadamente paciente y cuidadoso, spodría construir un
microscopio que le permitiera al ojo humano ver un átomo?” la respuesta a esa
pregunta es no, mientras se emplee luz para iluminar
el objeto. La razón es que, para observar un objeto en
un microscopio óptico (uno que use luz visible). El objeto debe ser al menos
tan grande como
la longitud de onda de la luz. Como
el diámetro de cualquier átomo es muchas veces más pequeño que las longitudes
de onda de la luz vivible, sus misterios deben ser
investigados empleando otros tipos de“microscopios”.
La capacidad de usar otros tipos de ondas para “ver”
objetos también depende de la longitud de onda. Se puede
ilustrar esto por medio de ondas en el agua de una tinta. Suponga que
usted agita su mano en el agua hasta producir ondas con una longitud de onda de
aproximadamente 15 cm que se mueven sobre la superficie. Si usted sostiene un objeto pequeño. Como un palillo, de modo que se encuentre en la trayectoria de
las ondas, estas no se perturban de manera apreciable, en lugar de eso
continúan su trayectoria “olvidándose” del
objeto pequeño. Suponga ahora que usted sostiene un
objeto mas grande, como
un bote de juguete, de ondas de 15 cm. En dichos caso las ondas son perturbadas
considerablemente por el objeto. Como el palillo
de dientes era más pequeño que la longitud de onda de las ondas, estas no lo
“veían” (la intensidad de las ondas dispersas era menor). Sin embargo,
ya que el bote es aproximadamente del mismo tamaño que la longitud
de onda de las ondas, crea una perturbación. En otras palabras, el objeto actúa
como
fuente de dispersión de las ondas que parecen venir de éste.
En general, las ondas luminosas se comportan de la misma
manera. La capacidad de un microscopio óptico
de observar un objeto depende del tamaño del objeto en relación
con la longitud de onda de la luz empleada para observarlo. Por consiguiente,
nunca podremos observar átomos o moléculas con un
microscopio óptico porque sus dimensiones son pequeñas (≈0.1 nm) en la
relación conla longitud de onda de la luz (≈500 nm).
El telescopio: hay dos tipos de telescopios fundamentalmente diferentes y
diseñados para ayudar a observar objetos distantes, como los planteas en
nuestro sistema solar. El telescopio de refracción utiliza una combinación de
lentes para formar una imagen, y el telescopio reflector utiliza un espejo curvo y un lente.
La combinación de lentes mostrada en la figura es un
telescopio de refracción. Al igual que con un
microscopio compuesto, este telescopio tiene un objetivo y un ocular. Los dos
lentes se disponen de modo que el objeto forme una imagen real e invertida del objeto distante muy cerca del punto focal del
ocular. Este punto en el cual se forma I1 es el punto focal del objetivo,
puesto que el objeto esta esencialmente en el infinito. En consecuencia, los
dos lentes están separados por una distancia ƒo + ƒe, que corresponde a la
longitud del tubo del telescopio. El ocular forma entonces, en I2, una imagen invertida y más grande
que la imagen en I1.
El aumento angular del
telescopio esta dado por θ/θo, donde θo es el ángulo subtendido
por el objeto en el objetivo, y θ es el ángulo subtendido por la imagen
final en el ojo del
observador. Considere la figura, en la que el objeto esta a
una distancia muy grande a la izquierda de la figura. El ángulo θo
(a la izquierda del
objetivo) subtendido por el objeto en el objetivo es igual al ángulo (a la
derecha del
objetivo) subtendido por la primera imagen en el objetivo.Por consiguiente.
Donde el signo negativo indica que la imagen está invertida.
Telescopio de refracción
Formado por una lente objetivo primaria
y una lente ocular secundaria
El caleidoscopio: Un caleidoscopio (del griego kalós bella éidos imagen scopéo
observar) es un tubo que contiene tres espejos, que forman un prisma triangular
con su parte reflectante hacia el interior, al extremo de los cuales se
encuentran dos láminas traslúcidas entre las cuales hay varios objetos de
colores y formas diferentes, cuyas imágenes se ven multiplicadas simétricamente
al ir girando el tubo mientras se mira por el extremo opuesto. Dichos espejos pueden estar dispuestos a distintos ángulos. A 45s de cada uno se generan ocho imágenes duplicadas. A 60s se observan seis duplicados y a 90s cuatro. El caleidoscopio es también muy conocido por el teleidoscopio, pero
no hay relación entre ambos. Aunque lo más común es que esté integrado
por tres espejos, también puede construirse un
caleidoscopio con dos, o más de tres para conseguir distintos tipos de efectos.
El caleidoscopio moderno fue inventado en 1816 por el físico
escocés David Brewster. Tramitó la patente correspondiente
y lo puso a la venta. El ritmo de venta fue enorme,
pero la facilidad de fabricación fomentó las imitaciones y réplicas. En sólo pocos días, Brewster dejó de recibir ganancias que pudieran
ser consideradas atractivas. Es uno de los juguetes más conocidos del
mundo.
Otro tipo de caleidoscopio es elteleidoscopio. Éste tiene una lente de aumento o una esfera translúcida en su
extremo (en vez de las dos láminas), y genera las imágenes multiplicando en sus
espejos objetos exteriores al mismo, vistos a través de dicha lente.
El Periscopio: Un periscopio (etim. del griego peri- y -scopio,
περισκοπεás–ν, 'mirar en
torno') es un instrumento para la observación desde una posición oculta.
En su forma sencilla es un tubo con un juego de
espejos en los extremos, paralelos y en un ángulo de 45s respecto a la línea
que los une. Se puede usar para ver sobre la cabeza de
la gente en una multitud. Esta forma de periscopio, con la adición de simples
lentes, fue usado para propósitos de observación en trincheras durante la Primera Guerra Mundial.
Los periscopios más complejos usan prismas en vez de espejos, y disponen de
aumentos, como
los usados en los submarinos.
El Prismáticos: Comúnmente llamados binoculares, gemelos o largavistas. Es un
instrumento óptico usado para ampliar la imagen de los objetos distantes
observados, al igual que el monocular y el telescopio, pero a diferencia de
éstos, provoca el efecto de estereoscopía en la imagen y por eso es más cómodo
apreciar la distancia entre objetos distantes, también juzgar y seguir objetos
en movimiento.
Los prismáticos poseen un par de tubos. Cada tubo
contiene una serie de lentes y un prisma, que amplía
la imagen para cada ojo y eso provoca la estereoscopía.
Funcionamiento: La ampliación se logra cuando la luzatraviesa cada serie de
lentes. Los prismas corrigen la imagen colocándola en la posición correcta, por
medio del
principio de reflexión interna total, a diferencia de los telescopios que la
muestran invertida. Tradicionalmente, la mayoría de los modelos usan un par de prismas porro. El ocular de cada cámara no está
alineado con el objetivo, y el prisma refleja la luz
en forma de S hacia el ocular.
Como abundan los modelos de prismáticos con alta ampliación de imagen, en inglés se define a los
prismáticos como
un par de pequeños telescopios.
Muchos modelos permiten ajustar la distancia entre los oculares para adaptarse
a la cara de diferentes usuarios. También
poseen una rueda de enfoque que se gira para enfocar la imagen.
Generalmente, el ocular derecho tiene un anillo de
corrección dióptrica, que se gira para conseguir la dioptría diferente en el
ocular izquierdo y mejorar aun más el enfoque de la imagen observada con ambos
ojos.
La lupa
Es un instrumento óptico cuya parte principal es una
lente convergente que se emplea para obtener una visión ampliada de un objeto.
Montada en un soporte, generalmente circular, que
dependiendo de su diseño y del
uso específico en cierta aplicación, puede o no tener un mango para facilitar
su manejo o estar montada en un soporte. Las aplicaciones más comunes son para
leer textos con letra muy pequeña, o para ver en detalle alguna particularidad
de un determinado objeto.
Consta de una lente convergente de corta distancia focal, quedesvía la luz incidente de modo que se forma una imagen virtual
ampliada del
objeto por detrás de la misma. La imagen se llama virtual porque los rayos que
parecen venir de ella no pasan realmente por la lupa. Una imagen virtual no se puede proyectar en una pantalla al igual
que se observa, por ejemplo, en una superficie plana pulida.
Puede interpretarse su funcionamiento a través de la imagen virtual y aumentada
que produce; pero su correcto uso (ha de estar justo delante del ojo, y el
objeto ha de estar en el foco de la lente, para obtener una imagen en el infinito
y una visualización relajada, al no estar trabajando los músculos ciliares para
enfocar al infinito) sugiere otro razonamiento: puesto que el tamaño apreciado
depende del de la imagen final en la retina, dada por el sistema óptico
completo (lupa más ojo), lo que permite la lupa es obtener un aumento angular.
El máximo tamaño angular se consigue acercando el objeto al ojo, pero este es incapaz de enfocar a distancias más cercanas del punto próximo. La
lupa, superpuesta al ojo, permite acercar éste, de forma que el objeto
subtienda un mayor ángulo. 1
Las lupas pueden ser de distintas curvaturas, y proporcionalmente, la lente
puede tener cierto grado de magnificación. Generalmente, las lupas de
mayor diámetro son más potentes (menor distancia focal), ya que permiten una
mayor curvatura de sus superficies, al ser necesariamente el cristal
estrecho en la periferia y grueso en el centro.
La lupaeléctrica o electro lupa es utilizada en ingeniería moderna
(naval-aeronáutica-nuclear, etc. desde principios del siglo pasado
• La lupa puede ser un instrumento que asista a la ignición.
Las partes de la lupa son ocula, braso y otras más Como una lupa desvía los
rayos del Sol, es posible que los concentre a través de la lente,
intensificándolos, y así lograr una ignición, si es que algún combustible
estuviere presente; esto depende tanto de la intensidad de los rayos como del
ángulo de los mismos (dos variables que cambian con la hora del día, el mes del
año y la latitud a la que nos encontremos). Es una forma de obtener fuego sin
disponer de otros medios como cerillas o encendedores.
Se construyen en formatos específicos para diversas aplicaciones: de lectura,
de relojero, de filatelia, de bricolaje (incluida en una 'tercera
mano')
20 Haga un cuadro comparativo entre la cámara
fotográfica y el ojo.
La cámara: la cámara fotográfica es un instrumento
óptico sencillo cuyas características esenciales se muestran en la imagen. Se
compone de una caja cerrada a la luz, un lente
convergente que produce una imagen real, y una película detrás del lente para recibir
la imagen. El enfoque de la cámara se logra al variar la distancia entre el
lente y la película, lo cual se complementa con un
fuelle ajustable en las cámaras antiguas o con algún otro dispositivo mecanismo
en las cámaras modernas. Para el enfoque adecuado –que es necesario para la
formación de imágenesnítidas- la distancia del lente a la película dependerá de
la distancia del objeto, así como de la longitud focal del lente.
El obturador, localizado detrás del lente, es un dispositivo
mecánico que se abre en intervalos de tiempo seleccionados llamados tiempos de
exposición. Uno es capaz de fotografiar objetos en movimiento
empleando tiempos de exposición cortos o escenas oscuras (con bajo nivel
luminoso) usando largos tiempos de exposición. Si no se contara con este aditamento sería imposible tomar fotografías
fijas-movimiento. Por ejemplo, un vehículo que se
mueve muy rápido se podría mover bastante en el momento en que abriera el
obturador y produciría una imagen borrosa. Otra causa
principal de las imágenes borrosa es el movimiento de la cámara mientras el
obturador está abierto. Para prevenir este movimiento deben usarse tiempos de exposición cortos o
un tripié, incluso para objetos estacionarios. La rapidez de disparo (es decir,
tiempo de exposición) más comunes son 1/30, 1/60, 1/125 y 1/250 s. Para cámaras
manuales el uso de rapidez más lenta puede dar como resultado imágenes difusas
(debido al movimiento), pero el uso de mayor rapidez reduce la intensidad de la
luz recogida. En la práctica, un objeto estacionario
se capta normalmente con una rapidez intermedia del obturador de 1/60 s.
El OJO: al igual que la cámara, un ojo normal enfoca
la luz y produce una imagen nítida. Sin embargo, los
mecanismos mediante los cuales el ojo controla la cantidad deluz admitida y los
ajusta para producir imágenes enfocadas correctamente son mucho más complejos,
intrincados y efectivos que los correspondientes incluso a la cámara más
avanzada. En todos aspectos el ojo es una maravilla
fisiológica.
En la imagen se presentan las partes esenciales del ojo. La luz
entra al ojo a través de una membrana trasparente denominada córnea, detrás de
la cual hay un liquido claro (el humor acuoso) una abertura variable (la
pupila, que es una abertura en el iris) y el lente cristalino. La mayoría de la
refracción ocurre en la superficie exterior del ojo, donde la
córnea está cubierta con una película de lágrimas. Hasta cierto punto ocurre
poca refracción en el lente cristalino, ya que el humor acuoso en el contacto
con el lente tiene un índice de refracción promedio
cercano al del
lente. El iris, el cual es la parte de color del ojo, es un
diafragma muscular que controla el tamaño de la pupila, el iris regula la
cantidad de luz que entra al ojo al dilatar la pupila en condiciones de luz
baja y contraerla en condiciones de luz alta. El intervalo del número ƒ del ojo es aproximadamente de ƒ/2.8 a ƒ/16.
El sistema córnea-lente enfoca la luz hacia la parte
posterior del ojo llamada retina, la cual está
compuesta por millones de receptores sensibles llamados bastoncillos y conos,
los cuales, cuando son estimulados por la luz, envían impulsos al cerebro a
través del
nervio óptico, donde se percibe una imagen. Mediante este
proceso se observa unaimagen nítida de un objeto cuando la imagen llega a la
retina.
El ojo enfoca a un objeto determinado variando la
forma del lente cristalino plegable mediante
un asombroso proceso conocido como
adaptación. Un importante componente en la
adaptaciones el musculo ciliar, el cual está situado en un círculo alrededor del anillo del
lente. Filamentos delgados, llamados zónulas, van de
este músculo a borde del
lente. Cuando el ojo enfoca un objeto distante, el
músculo ciliar se relaja, tensando las zónulas que unen al musculo con el
extremo del
lente. La fuerza de las zónulas ocasiona que el lente se aplane y aumente su
longitud focal. Para una distancia infinita al objeto, la longitud focal del
ojo es igual a la distancia fija entre el lente y la retina, aproximadamente de
1.7 cm. El ojo enfoca objetos cercanos tensados el musculo ciliar, el cual
relaja a la zónula. Dicha acción permite que el lente se abulte un poco y que su longitud focal disminuya, lo que da como resultado que la
imagen se enfoque sobre la retina. Todos estos ajustes del lente ocurren tan rápido que no nos damos
cuenta del
cambio. En dicho aspecto incluso la cámara electrónica más fina es un juguete comparado con el ojo.
La adaptación es limitada debido a que los objetos que están muy cercanos al
ojo producen imágenes borrosas. El punto cercano representa la distancia más
cercana a la cual el lente del ojo adaptado puede enfocar luz
sobre la retina. Tal distancia por lo común aumenta con la edad ytiene un valor
promedio de 25 cm. Por lo regular, a la edad de 10 años el punto cercano del
ojo es aproximadamente de 18 cm. Este aumenta a 25 cm a los 20 años, a 50 cm a
los 40 y a 500 cm o más a la edad de 60. El punto alejado del ojo representa la distancia más larga para
la cual el lente del
ojo relajado puede enfocar luz sobre la retina. Una persona con visión normal
puede ver objetos muy distantes, como la luna, y por ello tiene un
punto lejano cercano al infinito.
Comentarios
A lo largo de este trabajo, hemos notado que la
óptica, o estudio de la luz, constituye un ejemplo de ciencia milenaria. Ya
Arquímedes en el siglo III antes de Cristo era capaz de utilizar con fines
bélicos los conocimientos entonces disponibles sobre la marcha de los rayos
luminosos a través de espejos y lentes. Sin planteamientos muy elaborados sobre
cuál fuera su naturaleza, los antiguos aprendieron, primero, a observar la luz para conocer su comportamiento y, posteriormente, a
utilizarla con diversos propósitos. Es a partir del siglo XVII con el surgimiento de la ciencia
moderna, cuando el problema de la naturaleza de la luz cobra una importancia
singular como objeto del conocimiento científico.
La naturaleza de la luz ha sido objeto de la atención
de filósofos y científicos desde tiempos remotos. Ya en la antigua
Grecia se conocían y se manejaban fenómenos y características de la luz tales como la reflexión, la
refracción y el carácter rectilíneo de su propagación, entreotros. No es de
extrañar entonces que la pregunta squé es la luz? se planteara como
una exigencia de un conocimiento más profundo. Los griegos primero y los árabes
después sostuvieron que la luz es una emanación del ojo que se proyecta
sobre el objeto, se refleja en él y produce la visión. El ojo
sería, pues, el emisor y a la vez el receptor de los rayos luminosos.
Hoy sabemos que la luz se propaga acudiendo a modelos
corpusculares u ondulatorios. Así lo han demostrado
determinadas experiencias con la luz, las cuales son interpretadas de modo
satisfactorio recurriendo a propiedades características de las ondas como la frecuencia,
longitud de onda, intensidad, fase, polarización. Otras experiencias solo
llegan a ser interpretadas de manera satisfactoria recurriendo a un modelo corpuscular en el cual la luz consta de un flujo
de fotones, cada uno de ellos llevando una cierta energía y cantidad de
movimiento. El modelo corpuscular se asentó con la obra de Newton
a inicios del
siglo XVIII. La medición de la velocidad de la luz
realizada por Foucault fue un duro golpe para este modelo, a partir del cual se predecía que
la luz al propagarse por un material lo haría con una velocidad mayor que la
que posee en el vacío. Ya para las primeras décadas del siglo XIX el
modelo ondulatorio había tomado fuerza siendo uno de sus principales exponentes
el físico francés Augusto Fresnel. Los fundamentos de su formalismo, a pesar de
haber sido derivado dentro del
contexto erróneo deun supuesto medio etéreo en el cual se propagaba la luz, es
la base del
análisis de las propiedades ópticas de recubrimientos hoy en día. Este modelo
ondulatorio llegó a su punto culminante con el tratado de electricidad y
magnetismo por James Clerk Maxwell en 1864. Se podría haber
pensado entonces que el modelo corpúscular de la luz había pasado a la
historia. Pero no fue así. Hechos experimentales como el efecto fotoeléctrico, por
cuya explicación recibió Einstein el premio Nobel en 1905, así como
el surgimiento de la física cuántica en las primeras décadas del siglo XX dio paso a la llamada dualidad
onda-partícula, ya no solo para la luz sino para todo objeto material. Así es como concebimos la luz hoy en
día, dentro de esta dualidad: ciertos fenómenos ópticos pueden ser
satisfactoriamente interpretados a la luz de conceptos propios de los fenómenos
ondulatorios, otros requieren de una perspectiva en la cual la luz es concebida
como un flujo
de fotones.
Nuestro entorno está rodeado de fenómenos ópticos, algunos tan llamativos como
la casa de los espejos, otros tan prácticos como el uso de vidrios corrugados
que no permiten que los rayos de luz que los atraviesan se propaguen en forma
paralela unos respecto a otros, tornándose así borrosa la imagen de los
objetos. Cuando la luz incide sobre una superficie muy
lisa se refleja especularmente, los espejos de nuestros hogares son buenos
ejemplos de reflexión especular. Cuando la superficie se torna rugosa, la luzse
refleja no solamente con una componente especular sino que también surge luz reflejada en forma difusa.
En el modelo ondulatorio de la luz, ésta es concebida como la superposición de
campos eléctricos y magnéticos autosostenidos que se propagan en forma
rectilínea llevando consigo energía. La intensidad de la onda es proporcional a esa energía transportada. Se le asocia a esa onda una
frecuencia y una longitud de onda, siendo la luz
visible aquella que corresponde a longitudes de onda entre los 400 y 700 nm.
Longitudes de onda menores corresponden a la luz
ultravioleta, rayos X y rayos gama. Longitudes de onda mayores corresponden a
la luz infrarroja, microondas, ondas de televisión y
radio.
Fue Newton quien mostró que la luz blanca es una
superposición de ondas con diferentes frecuencias, pudiéndose descomponer ésta
de forma artificial mediante un prisma. Sus investigaciones
en óptica se recopilaron en su obra óptica aparecida en 1704, unos años después
de su para entonces famosa obra Los Principia. La naturaleza nos deleita
con esa descomposición espectral de la luz blanca al
producir un arcoíris. La luz solar es refractada en
las gotas de lluvia. Hoy en día asociamos a cada color un
índice de refracción, y explicamos el diferente grado de refracción de la luz a
través del
prisma o de las gotas de agua diciendo que hay una dispersión cromática.
Una de las propiedades de la luz es la interferencia: al hacer incidir sobre
una pantalla dos haces deluz habrá regiones de la pantalla en donde las ondas
que arriban se suman constructivamente creando una intensidad mayor que la que
poseen las ondas incidentes, habrán regiones de la pantalla en las cuales las
ondas se suman destructivamente, pudiéndose hasta cancelar su efecto.
El hombre ha sacado mucho provecho de esta propiedad de interferencia al crear
dispositivos que consisten de dos o más capas sucesivas de materiales
dieléctricos, esto es, materiales que no absorben la luz, de modo que
escogiendo apropiadamente los espesores de estos y sus índices de refracción se
refuerza el grado en que el dispositivo como un todo refleja o transmite la
luz. Ya la naturaleza conocía de antemano este efecto
y tanto algunas aves, como mariposas, abejones,
y peces han sacado provecho del
llamado fenómeno de iridiscencia.
En el caso de algunas mariposas, la composición estructural de sus alas se
asemeja a una estructura laminar con sucesivas capas de material orgánico y
aire, lo que explica la interferencia constructiva que se da para ciertas
longitudes de onda y ángulos de visión. Los banqueros han
sabido sacar provecho de este efecto para proteger sus intereses, mientras que
otros se han interesado más en creas materiales antireflectantes:
recubrimientos que garantizan un mejor aprovechamiento de la energía
electromagnética que incide sobre un medio ya de por sí transparente. Un vidrio corriente refleja cerca del 5% de la luz que incide normalmente
sobre él, alrecubrirlo con un material también transparente, cuyo índice de
refracción se escoge de modo que haya interferencia destructiva entre los rayos
de luz reflejados, la reflexión resultante puede bajarse hasta cerca de un 1%.
Otro de los efectos ópticos que la humanidad ha sabido sacar provecho es la
reflexión total interna. Cuando la luz viaja de un
medio ópticamente más denso hacia uno menos denso, existe un ángulo crítico más
allá del cual
la luz es por completo reflejada hacia el mismo medio de propagación inicial,
no hay luz transmitida hacia el medio menos denso. Las fibras ópticas
utilizadas hoy en día en telecomunicaciones y en medicina (para cirugías láser
y endoscopías) son reflejos del buen aprovechamiento de este
fenómeno de reflexión total interna.
Otra de las propiedades de la luz es su polarización,
la cual es determinada por la forma en que el campo eléctrico oscila, pudiendo
hacerlo en un plano
vertical, uno horizontal, o en forma más complicada. En todo caso, mediante
polarizadores podemos suprimir algunas de las componentes de esa polarización
reduciendo así la intensidad de la luz. Vidrios
polarizados para automóviles y anteojos polarizados para protección de la luz solar son ejemplos del
uso de recubrimientos que suprimen parte del
grado de polarización de la luz.
Y la óptica no deja de sorprender a los físicos.
Nuevas aplicaciones se siguen desarrollando, nuevos materiales que responden de
manera intrigante a la luz que se les haceincidir,
hasta índices de refracción negativos se reportan en la literatura reciente.
Los cristales electrónicos, aquellos en los cuales los electrones se encuentran
con un medio cristalino consistente de núcleos iónicos ordenados,
geométricamente dispuestos de forma que su interacción con ellos determina la
existencia de bandas de energía que le son prohibidas a estos electrones, han
sido la base de la revolución electrónica de la segunda mitad del siglo XX. Y
de nuevo mirando a la naturaleza, a sus ópalos, el hombre se ha dado cuenta de
que es posible imitar a los cristales electrónicos para obtener cristales
fotónicos: arreglos periódicos de diminutas esferas hace que los fotones al
propagarse a través de este tipo de material tengan bandas de frecuencia o
energía que le son prohibidas.
Allá por 1926, Einstein y Heisenberg tuvieron un
encuentro no muy amistoso en la Universidad de Berlín, luego de un seminario
dado por Heisenberg en el cual expuso su formulación de la mecánica cuántica. 'Dios no juega a los dados' le dijo Einstein a
Heisenberg, aludiendo a su no aceptación de la interpretación probabilística
subyacente en el formalismo de la nueva física cuántica. La
argumentación de Heisenberg a la obstinada posición de Einstein resaltaba el
hecho de que aún al hablar de física cuántica recurrimos al lenguaje de la
física clásica para poder entendernos, al menos parcialmente. Algo semejante
nos sucede hoy en día con la luz, todavía no la
terminamos decomprender bien, pero es a través de ella, actuando sobre nuestros
ojos, que adquirimos mayor noción de un entorno que sabemos no necesariamente
lo podemos interpretar a la luz de la física clásica. Pudiendo mediar
dispositivos receptores y amplificadores de señales eléctricas, y tratamiento
de imágenes, lo cierto es que es la luz quien al final
nos develará una imagen susceptible de analizar.
Es por medio de ella que se ha hecho realidad aquellos
que para los griegos del
siglo IV antes de Cristo era una utopía: ver los átomos, ver la superficie de
un grano de sal a nivel atómico, percatarnos de la ausencia de un átomo que
debiera estar ahí. Es a través de la luz que podemos
ver la rugosidad de superficies que en primera instancia nos parecerían lisas,
es la luz la que nos trae la imagen de diminutas bacterias en la punta de una
aguja, la que nos hace ver distantes objetos que forman parte del Universo, aún
aquellos ubicados a miles de millones de años luz. No basta conocer solo el origen de esa luz, cuáles son sus fuentes, es necesario
tomar en consideración cómo se modifica hasta llegar a nosotros, el polvo
galáctico puede desviar nuestra atención.
También la luz se ha visto envuelta en otros
escándalos: los recientemente desarrollados métodos de enfriamiento mediante
luz láser. Temperaturas de hasta 10-9 K han podido ser
obtenidas favoreciéndose así la formación de los llamados condensados de
Bose-Einstein.
Mucho se ha avanzado desde la Ópticanewtoniana, pasando por la creación del transistor y su acelerada
miniaturización, pero algunos vislumbran este siglo XXI que recién iniciamos como el siglo de los circuitos fotónicos, los cuales como estudiantes de
electricidad deseamos llegar a construir y también usar.
Finalmente señalar, que el desarrollo histórico de las ideas sobre la
naturaleza de la luz constituye un ejemplo de cómo evolucionan las teorías y
los modelos científicos a medida que, por una parte, se consolida el concepto
de ciencia y, por otra, se obtienen nuevos datos experimentales que ponen a
prueba las ideas disponibles.
Conclusión
Al finalizar nuestro trabajo podemos señalar que
• La luz ha sido motivo impulsor del desarrollo de la ciencia y la
tecnología. Lo podemos apreciar en los diversas aplicaciones que ha esta se le
entrega como por ejemplo el funcionamiento de cámaras fotográficas,
telescopios, microscopios, fibra óptica entre otras
• Aunque nos familiarizamos lo suficiente con su influencia (la luz) en cada
una de nuestras vidas, pende siempre sobre ella la amenaza de caer en el olvido
y el no preguntarnos como futuros hombres de ciencia como es su origen y que
nos permite entender .Como se dice “lo cotidiano a veces le resta encanto a las
maravillas”
• A lo largo de la historia Filósofos, pensadores, físicos, ingenieros,
psicólogos, médicos, fisiólogos, artistas; todos han meditado, han trabajado y
han aplicado la luz con diferentes enfoques, diversos objetivos y lahan
interpretado en diferentes sentidos.
• Creemos que el conocimiento acerca de la naturaleza de la luz y de las bases
de su utilización, refleja en cierta medida las diferentes etapas del
desarrollo de la humanidad, como por ejemplo Para el hombre antiguo, el Sol se
convirtió en motivo de adoración. Ejemplos de ello son los dioses asociados al
astro rey y las concepciones de la Astrología en diferentes civilizaciones, como
la china, la egipcia, la griega, la azteca. La concepción filosófica china se
basa en la Ley del Tao. En el taoísmo se encuentran las raíces de las leyes que
gobiernan todos los procesos: el necesario equilibrio entre el Yin y el Yang,
lo luminoso y lo sombrío Para los egipcios los orígenes de uno de sus dioses,
Aton Ra, están en el Sol, aunque al final tanto Horus, Ra y Osiris son dioses
asociados al Sol de la mañana, del mediodía y del atardecer, respectivamente
• Una de las grandes conquistas del hombre fue la obtención y conservación del
fuego. Tanto el Sol como
el fuego, ambos de luz, fueron apreciados y asociados al desarrollo y
conservación de la vida y a la supervivencia de este.
• La luz como recurso
de iluminación y sus consecuencias en la apariencia de los objetos se convirtió
en tema central de artistas plásticos, es decir, pintores y escultores
• El interés del
hombre por la iluminación para poder extender en horas de la noche la actividad
humana fue creciendo. Esto condicionó el desarrollo de diversas fuentes luminosas para elalumbrado público, las viviendas y
otras instalaciones, así en 1879 Edison
construyó la lámpara incandescente que se incorporó rápidamente al arsenal
tecnológico de la iluminación y cuya utilización ha llegado hasta nuestros
días.
• En la actualidad la luz se transmite a través de cables especiales llamados
fibras ópticas; las computadoras se conectan e intercambian información a
través de haces luminosos; se construyen patrones ópticos que graban
información codificada y compleja entre otras múltiples aplicaciones en el
campo de la transmisión y procesamiento de la información. Un
ejemplo muy popular ya, lo constituye la holografía, esa técnica que
revolucionó la fotografía convencional y que permite guardar toda la
información que proviene del objeto iluminado,
logrando después de un complejo e interesante proceso, imágenes
tridimensionales del
mismo.
• La luz solar otorga mayores beneficios, en algunos
casos impensados tales como
la reducción de costos y la no contaminación ambiental entre otros.
• La luz solar posee muchas ventajas y utilidades que merecen ser exploradas y
difundidas, con la carencia actual de los combustibles fósiles es necesario que
pensemos en la alternativa de aprovechar fuentes de energía que puedan
renovarse como al mismo tiempo que provoquen el menor daño posible
• Hemos sido capaces de mejorar y hacer más eficiente nuestros procesos de
búsqueda e investigación.
• Identificamos fenómenos asociados a la luz , como la reflexión yrefracción
entre otras
• Sintetizamos y organizamos de manera optima , toda la información( que no fue
poca) para desarrollar de manera clara y precisa cada una de las interrogantes
que se plantearon en el trabajo
• Comprendemos la base física que sustenta cada uno de los temas tratados en el
trabajo que está en sus manos
Glosario
ï¶ Luz: la luz es una onda electromagnética, lo que significa que es una
radiación que se propaga en el espacio.
¶ Lentes: Son objetos transparentes (normalmente de
vidrio), limitados por dos superficies, de las que al menos una es curva.
¶ Espejo: Es una superficie pulida en la que al
incidir la luz, se refleja siguiendo las leyes de la reflexión.
¶ Cóncavo. Se aplica a las
superficies curvas que forman una cavidad. Las lentes cóncavas son más
delgadas en el
centro que en el borde.
¶ Convexo. Se aplica a las
superficies curvas redondeadas hacia el exterior. Las lentes convexas
son más gruesas en el
centro que en el borde.
¶ Convergente. Se aplica a las lentes y los espejos
que aumentan la convergencia de un haz de luz. Las lentes convexas son convergentes.
¶ Divergente. Se aplica a las lentes y los espejos
que aumentan la divergencia (o disminuyen la convergencia) de un haz de luz. Las lentes cóncavas son
divergentes.
¶ Imagen real. Imagen formada por la convergencia de
rayos de luz al ser desviados por una lente o un
espejo; puede ser proyectada sobre una pantalla.
¶ Imagen virtual. Imagen que parece estar situadaen
la región de donde divergen los rayos de luz después
de haber sido desviados por una lente o un espejo; no puede ser proyectada
sobre una pantalla.
¶ Índice de refracción. Propiedad óptica de un medio, que determina, entre otras cosas, la desviación
sufrida por la luz al entrar en ese medio y la velocidad de propagación de ella
en el medio. Se indica con la letra n.
ï¶ Ley de Snell. Ley que relaciona el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción
de la luz al pasar de un medio a otro; esta relación
está determinada por el cociente de los índices de refracción de los dos
medios. Llamada así en honor de su descubridor, W. Snell.
¶ Reflexión. Fenómeno que ocurre cuando la luz incide sobre una superficie y es desviada por ésta sin
cambiar de medio. La reflexión es especular cuando la superficie es lisa, y difusa cuando la superficie es rugosa.
¶ Plano
de incidencia: Lugar geométrico al cual pertenecen los rayos incidente,
reflejado, refractado y la recta normal.
¶ Reflexión especular: Se produce cuando la
superficie de un material es microscópicamente lisa y plana, como
en el caso del
vidrio, los haces de luz incidentes y reflejados crean el mismo ángulo con una
normal a la superficie de reflexión.
¶ Reflexión difusa: Si la superficie de un material
es ‘rugosa’, y no microscópicamente lisa, se producirán reflexiones difusas.
Cada rayo de luz que cae en una partícula de la
superficie obedecerá la ley básica de la reflexión, pero como las partículas estánorientadas de manera
aleatoria, las reflexiones se distribuirán de manera aleatoria.
¶ Reflexión interna total: Se refiere al efecto que
llega a ocurrir cuando la luz se mueve de un medio que tiene un determinado
índice de refracción hacia otro medio que tiene un índice de refracción menor.
Se cumple que para ángulos mayores a cierto ángulo (llamado ángulo crítico) el
haz de luz es completamente reflejado
ï¶ Refracción. Cambio de dirección de propagación de la luz,
que se produce cuando ésta pasa de un medio a otro de diferente densidad (o
diferente índice de refracción).
¶ Cuerpos Opacos: No permiten el
paso de la luz, como el cartón, la madera y otros.
¶ Cuerpos Transparentes: Permiten el
paso de la luz y se pueden ver los objetos a través de ellos, como el vidrio.
¶ Cuerpos Translúcidos: Dejan pasar la luz pero no
se ven los objetos a través de ellos, como
el papel fino y la tela.
¶ Cuerpos reflectores: Son aquellos que reflejan la
luz. Por ejemplo, espejos, metales pulidos, piso de cerámica.
ï¶ Microscopio: Instrumento que permite observar objetos que son demasiado
pequeños para ser vistos a simple vista
ï¶ Caleidoscopio: Tubo que contiene tres espejos, que forman un prisma
triangular con su parte reflectante hacia el interior, al extremo de los cuales
se encuentran dos láminas traslúcidas entre las cuales hay varios objetos de
colores y formas diferentes, cuyas imágenes se ven multiplicadas simétricamente
al ir girando el tubo mientras se mira por elextremo opuesto.
¶ El Periscopio: Instrumento óptico utilizado para
la observación desde una posición oculta.
¶ Prismáticos: Instrumento óptico usado para ampliar
la imagen de los objetos distantes observados
ï¶ Lupa: Instrumento óptico cuya parte principal es una lente convergente que
se emplea para obtener una visión ampliada de un objeto.
¶ Cámara fotográfica o cámara de fotos: Es un
dispositivo utilizado para capturar imágenes o fotografías
ï¶ Ojo: Órgano que detecta la luz, por lo que es la base del sentido de la vista. Se compone de un sistema sensible a los cambios de luz, capaz de
transformar éstos en impulsos eléctricos.
Bibliografía
Documentos en línea internet

https://www.colegiosantacruzvillarrica.cl/web_extras/biologo/guias/la_luz_apunte_para_primero_medio_roberto_manriquez_n.pdf
 https://www.rena.edu.ve/SegundaEtapa/tecnologia/luz.html

https://www.educarchile.cl/UserFiles/P0001/Image/Fsica_mdulo1_estudiantes/i%2027.JPG
 https://www.slideshare.net/solartime/espejos-convexos
 https://www.slideshare.net/solartime/espejos-concavos
 https://es.wikipedia.org/wiki/Lupa
 https://www.sectorfisica.cl
 https://www.fisicanet.com.ar
Textos
 Raymond Serway , Física para ciencias de la ingeniería tomo II
 Paul Hewitt, Física conceptual
 Ministerio de educación, Texto primer año de enseñanza media 2010
 Manual especial de fisca Santillana, Tomo II
 Paul W. Zitzewitz y Robert F. Neft, Fisica 2 principios y problemas
