optica (fisica)

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Optica fisica, historia de la optica, la luz, conceptos de luz, experimento de Newton, experimento de invisivilidad,

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  • 1. La ptica es la rama de la fsica que estudia el comportamiento de la radiacin electromagntica, sus caractersticas y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexin, la refraccin, las interferencias, la difraccin y la formacin de imgenes y la interaccin de la radiacin con la materia.

2. Entre los vestigios de las antiguas civilizaciones se han hallado objetos que testimonian el inters por los fenmenos pticos. Por ejemplo, en las ruinas de Nnive, antigua capital asiria, fue encontrada una pieza de cristal de roca, pulida en forma de lente convergente. En Creta se hallaron dos lentes que datan de 1200 a. C. y que, segn algn historiador fueron usadas como lentes de aumento. 3. Grandes filsofos, matemticos e investigadores de la antigedad se interesaron por el estudio de los fenmenos de la luz. Estos filsofos e investigadores como acristianes, los filsofos naturales los cuales confundan la luz con el fenmeno de la visin, los pitagricos afirmaban que la visin es causada por la proyeccin de imgenes lanzadas desde los objetos hacia el ojo. 4. Optica en la edad media El clebre cientfico rabe conocido como Al-Hazan o Al-Hazen, es el principal contribuyente de la ptica en la edad media. Al-Hazen se dedico con xito a examinar las obras de los griegos y las mejoro. Logro establecer una distincin clara entre la luz como entidad fsica y el ojo como detector. Adems, anticipo un descubrimiento reservado a un lejano porvenir: que la luz viaja con una velocidad finita. A partir de estas investigaciones hemos heredado algunas de las palabras usadas para identificar las partes del ojo: retina, cornea, humor acuoso, humor vtreo. 5. Estancia de la optica en el renacimiento Los cientficos abandonaron la especulacin escolstica y comenzaron a estudiar la naturaleza a travs del experimento con notables resultados La primera gran figura de la ptica, Leonardo da Vinci. En su gran obra hay una parte dedicada a la ptica. Entres otras cosas formulo una teora de la visin, en la que el ojo es comparado a una cmara oscura. 6. Desde el punto de vista fsico, la luz es una onda electromagntica. Segn el modelo utilizado para la luz, se distingue entre las siguientes ramas, por orden creciente de precisin (cada rama utiliza un modelo simplificado del empleado por la siguiente): 7. La ptica geomtrica: Trata a la luz como un conjunto de rayos que cumplen el principio de Fermat. Se utiliza en el estudio de la transmisin de la luz por medios homogneos (lentes, espejos), la reflexin y la refraccin. 8. La ptica ondulatoria: Considera a la luz como una onda plana, teniendo en cuenta su frecuencia y longitud de onda. Se utiliza para el estudio de difraccin e interferencia. 9. La ptica electromagntica: Considera a la luz como una onda electromagntica, explicando as la reflectancia y transmitancia, y los fenmenos de polarizacin y anisotropa. 10. Propagacion de la luz La ptica geomtrica parte de esta premisa para predecir la posicin de la luz. Es una de las propiedades de la luz ms evidentes a simple vista es que se propaga en lnea recta. De la propagacin de la luz y su encuentro con objetos surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a continuacin una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. 11. La refraccin es el cambio brusco de direccin que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenmeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes velocidades segn el medio por el que viaja. Ejemplos muy comunes de la refraccin es la ruptura aparente que se ve en un lpiz al introducirlo en agua o el arcoris. 12. Difraccion de la luz Cuando la luz atraviesa un obstculo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este fenmeno, denominado difraccin, es el responsable de que al mirar a travs de un agujero muy pequeo todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un nmero de aumentos mximo. 13. Reflexion de la luz La reflexin es el cambio en la direccin de un rayo de luz cuando este no logra traspasar la interfaz entre dos medios. Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que est constituido retiene unos instantes su energa y a continuacin la re-emite en todas las direcciones. Este fenmeno es denominado reflexin. 14. Interferencia El experimento de Young consiste en hacer incidir luz monocromtica en una pantalla que tiene rendija muy estrecha. La luz difractada que sale de dicha rendija se vuelve a hacer incidir en otra pantalla con una doble rendija. La luz procedente de las dos rendijas se combina en una tercera pantalla produciendo bandas alternativas claras y oscuras. 15. Un ejemplo claro de este fenmeno se puede ver de forma natural en las manchas de aceite sobre los charcos de agua o en la cara con informacin de los discos compactos; ambos tienen una superficie que, cuando se ilumina con luz blanca, la difracta, producindose una cancelacin por interferencias, permitiendo ver cada uno de los colores separados. 16. Dispersion Es el fenmeno de separacin de las ondas de distinta frecuencia al atravesar un material. Cuando la luz blanca, compuesta por ondas de todas las frecuencias dentro de la gama visible, pasa a travs de un bloque de vidrio, los diferentes colores son refractados o desviados en distinta medida. Si los lados del bloque no son paralelos, los diferentes colores de la luz se propagan con ngulos distintos, produciendo un espectro. La dispersin se debe a que la velocidad de una onda depende de su frecuencia. 17. Hacer invisible un objeto 18. Materiales Invisibilidad de un vaso 2 vasos de precipitado, uno mas grande que el otro. Un tubo de ensayo Agitador Aceite de cocina 19. Procedimiento Se coloca el recipiente mas pequeo dentro del recipiente mas grande. Despus se vierte el aceite necesario dentro de los dos recipientes hasta que desaparezca el mas pequeo. Se pueden ir colocando adentro los demas recipientes para observar la reaccion con cada uno. 20. Cmo funciona? Nuestros ojos son capaces de distinguir fenmenos como la desviacin de la luz y los cambios de intensidad en la misma, que ocurren como consecuencia de la absorcin que sufre al atravesar diferentes materiales. 21. En fsica, la velocidad de la luz cambia (se retrasa) al atravesar un material. Debido a ello, existe un indicador de este fenmeno, llamado ndice de refraccin. La frmula es la siguiente: En donde: n = el ndice de refraccin, c = la velocidad de la luz en el vaco, v = la velocidad de la luz en el material que estamos estudiando. 22. Por otro lado tenemos otra frmula conocida como Ley de Snell, que se representa simblicamente as: Para no entrar tanto en detalle, mencionaremos que esos ngulos son los de desviacin incidente y transmitido, en el material. Para decirlo mas simple, la luz se desva un ngulo al atravesar un material o sustancia. 23. Ahora miremos ambas frmulas a la vez. Si la velocidad a la que viaja la luz por el aceite, es la misma en el vidrio, tendremos que sus ndices de refraccin son iguales. Como la segunda frmula implica una igualdad, si n es igual a ambos lados, entonces tambin lo debern ser ngulos. De modo que al ser la absorcin de luz despreciable en ambos medios (aceite y vidrio) y al tener la misma desviacin, es mas difcil para nuestros ojos detectarlo. 24. Por qu no es totalmente invisible? Muy simple, se debe a que las propiedades pticas que mencionamos del vidrio y el aceite son muy similares, pero no iguales. Si as fueran, no podramos ver el recipiente pequeo que est dentro. 25. Materiales Hoja blanca. Comps. Lpices de colores. Regla graduada. Tijeras. CD Canica 26. Procedimiento Cortamos un pedazo de papel en forma circular, usando de molde el CD. Lo dividimos en siete sectores iguales, dibujando en ellos cada uno de los siete colores del espectro: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, ail y violeta. Recortamos el pequeo orificio del centro del CD y lo quitamos. Una vez terminado se pega el circulo de colores sobre el CD. Por ultimo se coloca la canica en el centro del CD y se empieza a girar como si fuera trompo. 27. Explicacin Se trata de un disco dividido en sectores pintados con los colores del espectro visible. Al hacerlo girar a gran velocidad se puede observar como estos colores desaparecen, tomando una tonalidad blanca, ms brillante cuanto mejor se haya hecho la proporcin de colores. 28. Newton demostr que la luz blanca est formada por los colores del arco iris. Newton observ que al hacer atravesar un haz luminoso por una lente, siempre existen variaciones de color alrededor de la imagen transmitida. A esta coloracin, generada por los diferentes focos luminosos a los que se ve expuesta la lente, se la denomina dispersin de la luz. 29. Asimismo, comprob que si haca pasar un haz luminoso por un prisma, la luz blanca se descompona en una serie de colores brillantes (arco iris) que denomin espectro solar. De esta experiencia dedujo que si la luz blanca se poda descomponer en los colores del arco iris, combinando stos se podra volver al color blanco. 30. Y el color negro? Newton descubri que la luz blanca lleva adentro todos los colores que podemos ver, menos el negro. Por qu el negro no? Porque es la ausencia de color; cuando no hay nada de luz, que todo est oscuro, las cosas siempre las vemos negras. Entonces nosotros vemos el color de cada cosa porque le llega a ese objeto luz blanca, y el objeto guarda todos los colores menos el suyo. Una manzana reflejar el rojo y se guardar los dems, una hoja blanca refleja toda la luz que le llega y un pedazo de carbn absorbe toda la luz. 31. Pero para que nosotros sepamos de qu color es un cuerpo, su luz tiene que llegar a nuestros ojos, que mandan la informacin al cerebro. Algo curioso de los ojos es que siempre guardan lo que ven por una dcima de segundo, que aunque es un tiempo muy corto puede ayudarnos en muchas cosas. Por ejemplo, si esto no pasara no podramos ver bien