Óptica 1

ÓpticaEn la Edad Antigua se conocía la propagación rectilínea de la luz, la reflexión y refracción. Dos filósofos ymatemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica: Empédocles y Euclides.

Ya en la Edad Moderna René Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de unmedio elástico perfecto (el éter) que llenaba el espacio. Atribuyó los diferentes colores a movimientos rotatorios dediferentes velocidades de las partículas en el medio.

La ley de la refracción fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermatanunció el principio del tiempo mínimo y a partir de él dedujo la ley de la refracción.

En la refracción el rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente; el rayode luz que se desvía al ingresar al segundo medio transparente se denomina rayo refractado; el ángulo en que el rayoincidente, al ingresar al segundo medio, forma con la perpendicular al mismo, se denomina ángulo de incidencia; elángulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ángulo de refracción.

Interferencia y difracción

Interferencia (esquema simulado).

Robert Boyle y Robert Hooke y a dicha teoría la propuso IsaacNewton, los demás descubrieron, de forma independiente, el fenómenode la interferencia conocido como anillos de Newton. Hooke tambiénobservó la presencia de luz en la sombra geométrica, debido a ladifracción, fenómeno que ya había sido descubierto por FrancescoMaria Grimaldi. Hooke pensaba que la luz consistía en vibracionespropagadas instantáneamente a gran velocidad y creía que en un mediohomogéneo cada vibración generaba una esfera que crece de formaregular. Con estas ideas, Hooke intentó explicar el fenómeno de larefracción e interpretar los colores. Sin embargo, los estudios queaclararon las propiedades de los colores fueron desarrollados porNewton que descubrió en 1666 que la luz blanca puede dividirse en suscolores componentes mediante un prisma y encontró que cada color puro se caracteriza por una refractabilidadespecífica. Las dificultades que la teoría ondulatoria se encontraba para explicar la propagación rectilínea de la luz yla polarización (descubierta por Huygens) llevaron a Newton a inclinarse por la teoría corpuscular, que supone que laluz se propaga desde los cuerpos luminosos en forma de partículas.

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Dispersión de la luz en dos prismas de distintomaterial.

En la época en que Newton publicó su teoría del color, no se conocía sila luz se propagaba instantáneamente o no. El descubrimiento de lavelocidad finita de la luz lo realizó en 1675 Olaf Roemer a partir deobservaciones de los eclipses de Júpiter.

Primeras teorías y otros fenómenos

Por su parte, Hooke fue de los primeros defensores de la teoríaondulatoria que fue extendida y mejorada por Christian Huygens queenunció el principio que lleva su nombre, según el cual cada puntoperturbado por una onda puede considerarse como el centro de unanueva onda secundaria, la envolvente de estas ondas secundarias defineel frente de onda en un tiempo posterior. Con la ayuda de esteprincipio, consiguió deducir las leyes de la reflexión y refracción.También pudo interpretar la doble refracción del espato de Islandia,fenómeno descubierto en 1669 por Erasmus Bartholinus, gracias a lasuposición de la transmisión de una onda secundaria elipsoidal, ademásde la principal de forma esférica. Durante esta investigación Huygensdescubrió la polarización. Cada uno de los dos rayos emergentes de larefracción del espato de Islandia puede extinguirse haciéndolo pasar

por un segundo cristal del mismo material, rotado alrededor de un eje con la misma dirección que el rayo luminoso.Fue sin embargo Newton el que consiguió interpretar este fenómeno, suponiendo que los rayos tenían “lados”,propiedad que le pareció una objeción insuperable para la teoría ondulatoria de la luz, ya que en aquella época loscientíficos sólo estaban familiarizados con las ondas longitudinales.

El prestigio de Newton, indujo el rechazo por parte de la comunidad científica de la teoría ondulatoria, durante casiun siglo, con algunas excepciones, como la de Leonhard Euler. No fue hasta el comienzo del Siglo XIX en quenuevos progresos llevaron a la aceptación generalizada de la teoría ondulatoria. El primero de ellos fue laenunciación por Thomas Young en 1801, del principio de interferencia y la explicación de los colores de películasdelgadas. Sin embargo, como fueron expresadas en términos cualitativos no consiguieron reconocimientogeneralizado. En esta misma época Étienne-Louis Malus describió la polarización por reflexión, en 1808 observó lareflexión del Sol desde una ventana a través de un cristal de espato de Islandia y encontró que las dos imágenesbirrefringentes variaban sus intensidades relativas al rotar el cristal, aunque Malus no intentó interpretar elfenómeno.

Aportes de FresnelAugustin-Jean Fresnel ganó un premio instituido en 1818 por la academia de París por la explicación de ladifracción, basándose en la teoría ondulatoria, que fue la primera de una serie de investigaciones que, en el curso dealgunos años, terminaron por desacreditar completamente la teoría corpuscular. Los principios básicos utilizadosfueron: el principio de Huygens y el de interferencia de Young, los cuales, según demostró Fresnel, son suficientespara explicar, no sólo la propagación rectilínea, sino las desviaciones de dicho comportamiento (como la difracción).Fresnel calculó la difracción causada por rendijas, pequeñas aperturas y pantallas. Una confirmación experimental desu teoría de la difracción fue la verificación realizada por François Jean Dominique Arago de una predicción dePoisson a partir de las teorías de Fresnel, que es la existencia de una mancha brillante en el centro de la sombra de undisco circular pequeño.

En el mismo año Fresnel también investigó el problema de la influencia del movimiento terrestre en la propagación de la luz. Básicamente el problema consistía en determinar si existe alguna diferencia entre la luz de las estrellas y la

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de fuentes terrestres. Arago encontró experimentalmente que (aparte de la aberración) no había diferencia. Sobre labase de este descubrimiento Fresnel desarrolló su teoría de la convección parcial del éter por interacción con lamateria, sus resultados fueron confirmados experimentalmente en 1851 por Armand Hyppolyte. Junto con Arago,Fresnel investigó la interferencia de rayos polarizados y encontró en 1816 que dos rayos polarizadosperpendicularmente uno al otro, nunca interferían. Este hecho no pudo ser reconciliado con la hipótesis de ondaslongitudinales, que hasta entonces se había dado por segura. Young explicó en 1817 el fenómeno con la suposiciónde ondas transversales.

Fresnel intentó explicar la propagación de la luz como ondas en un material (éter) y dado que en un fluido sólo sonposibles las oscilaciones elásticas longitudinales, concluyó que el éter debía comportarse como un sólido, pero comoen aquella época la teoría de ondas elásticas en sólidos no estaba desarrollada, Fresnel intentó deducir laspropiedades del éter de la observación experimental. Su punto de partida fueron las leyes de propagación en cristales.En 1832, William Rowan Hamilton predijo a partir de las teorías de Fresnel la denominada refracción cónica,confirmada posteriormente de forma experimental por Humprey Lloyd.

Fue también Fresnel el que en 1821 dio la primera indicación de las causas de la dispersión al considerar laestructura molecular de la materia, idea desarrollada posteriormente por Cauchy.

Los modelos dinámicos de los mecanismos de las vibraciones del éter, llevaron a Fresnel a deducir las leyes queahora llevan su nombre y que gobiernan la intensidad y polarización de los rayos luminosos producidos por lareflexión y refracción.

La teoría del éterEn 1850 Foucault, Fizeau y Breguet realizaron un experimento crucial para decidir entre las teorías ondulatoria ycorpuscular. El experimento fue propuesto inicialmente por Arago y consiste en medir la velocidad de la luz en airey agua. La teoría corpuscular explica la refracción en términos de la atracción de los corpúsculos luminosos hacia elmedio más denso, lo que implica una velocidad mayor en el medio más denso. Por otra parte, la teoría ondulatoriaimplica, de acuerdo con el principio de Huygens que en el medio más denso la velocidad es menor.

En las décadas que siguieron, se desarrolló la teoría del éter. El primer paso fue la formulación de una teoría de laelasticidad de los cuerpos sólidos desarrollada por Claude Louis Marie Henri Navier que consideró que la materiaconsiste de un conjunto de partículas ejerciendo entre ellas fuerzas a lo largo de las líneas que los unen. Diferentesdesarrollos aplicables a la Óptica fueron realizados por Siméon Denis Poisson, George Green, James MacCullagh yFranz Neuman. Todas ellas encontraban dificultades por intentar explicar el fenómeno óptico en términosmecánicos. Por ejemplo, al incidir sobre un medio una onda transversal, se deberían producir ondas, tantolongitudinales como transversales, pero, según los experimentos de Arago y Fresnel, solo se producen del segundotipo. Otra objeción a la hipótesis del éter es la ausencia de resistencia al movimiento de los planetas.

Un primer paso para abandonar el concepto de éter elástico lo realizó MacCullagh, que postuló un medio conpropiedades diferentes a la de los cuerpos ordinarios. Las leyes de propagación de ondas en este tipo de éter sonsimilares a las ecuaciones electromagnéticas de Maxwell.

A pesar de las dificultades, la teoría del éter elástico persistió y recibió aportaciones de físicos del siglo XIX, entreellos William Thomson (Lord Kelvin), Carl Neumann, John William Strutt (Lord Rayleigh) y Gustav Kirchhoff.

Las ondas luminosas como ondas electromagnéticasMientras tanto, las investigaciones en electricidad y magnetismo se desarrollaban culminando en los descubrimientos de Michael Faraday. James Clerk Maxwell consiguió resumir todo el conocimiento previo en este campo en un sistema de ecuaciones que establecían la posibilidad de ondas electromagnéticas con una velocidad que podía calcularse a partir de los resultados de medidas eléctricas y magnéticas. Cuando Rudolph Kohlrausch y Wilhelm Eduard Weber realizaron estas medidas, la velocidad obtenida resultó coincidir con la velocidad de la luz. Esto llevó a Maxwell a especular que las ondas luminosas eran electromagnéticas, lo que se verificó experimentalmente en

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1888 por Heinrich Hertz.

La teoría cuánticaPero, incluso la teoría electromagnética de la luz es incapaz de explicar el proceso de emisión y absorción. Para ello,Einstein y otros desarollaron una teoría cuántica basada en fotones de luz difractada. Esta línea de investigación hapermitido desarrollar una teoría bien verificada experimentalmente, y que ha supuesto la base de la óptica cuánticatal y como la conocemos hoy en día.

Las leyes que rigen estos últimos procesos comenzaron a dilucidarse con Joseph von Fraunhofer que descubrió entre1814-1817 líneas oscuras en el espectro solar. La interpretación como líneas de absorción de las mismas se dio porprimera vez en 1861 sobre la base de los experimentos de Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Kirchhoff. La luz deespectro continuo del Sol, al pasar por los gases de la atmósfera solar, pierde por absorción, justamente aquellasfrecuencias que los gases que la componen emiten. Este descubrimiento marca el inicio del análisis espectral que sebase en que cada elemento químico tiene un espectro de líneas característico. El estudio de estos espectros nopertenece exclusivamente al campo de la Óptica ya que involucra la mecánica de los propios átomos y las leyes delas líneas espectrales revelan información, no tanto sobre la naturaleza de la luz como la estructura de las partículasemisoras.

Finalmente la comunidad científica acabó aceptando que la mecánica clásica es inadecuada para una descripcióncorrecta de los sucesos que ocurren en el interior de los átomos y debe ser reemplazada por la teoría cuántica. Laaplicación de la misma permitió a Niels Bohr explicar las leyes de las líneas espectrales de los gases. Así pues, lamecánica cuántica ha influido decisivamente sobre el concepto científico de la naturaleza de la luz. Fue AlbertEinstein el que, basándose en los cuantos de Planck retomó la teoría corpuscular de la luz en una nueva forma,asignándole realidad física de dichos cuantos (fotones). De este modo pudo explicar algunos fenómenos que sehabían descubierto, relativos a la transformación de la luz en energía corpuscular que eran inexplicables con la teoríaondulatoria. Así, en el efecto fotoeléctrico la energía impartida a las partículas secundarias es independiente de laintensidad y es proporcional a la frecuencia de la luz.

La teoría detallada de la interacción entre campo y materia requiere de los métodos de la mecánica cuántica(cuantización del campo). En el caso de la radiación electromagnética, Dirac fue el primero en realizarlo, fundandolas bases de la óptica cuántica.

La óptica a su vez ha influido decisivamente en otros frentes de la física, en particular la rama de la óptica de cuerposen movimiento participó en el desarrollo de la teoría de la relatividad. El primer fenómeno observado en este campofue la aberración de las estrellas fijas, estudiado por James Bradley en 1728. El fenómeno aparece con la observaciónde las estrellas en diferentes posiciones angulares, dependiendo del movimiento de la Tierra respecto a la direccióndel haz de luz. Bradley interpretó el fenómeno como causado por la velocidad finita de la luz y pudo determinar suvelocidad de este modo. Otro fenómeno de la óptica de cuerpos en movimiento es la convección de la luz por loscuerpos en movimiento, que Fresnel mostró se podía entenderse como la participación de éter en el movimiento consólo una fracción de la velocidad del cuerpo en movimiento.

Fizeau demostró después esta convección experimentalmente con la ayuda de flujos de agua. El efecto del movimiento de la fuente luminosa fue estudiado por Christian Doppler, que formuló el principio de su mismo nombre. Hertz fue el primero en intentar generalizar las leyes de Maxwell a objetos en movimiento. Su formulación, sin embargo, entraba en conflicto con algunos experimentos. Otro investigador en este campo fue Hendrik Antoon Lorentz que supuso el éter en estado de reposo absoluto como portador del campo electromagnético y dedujo las propiedades de los cuerpos materiales a partir de la interacción de partículas eléctricas elementales (los electrones). Pudo deducir el coeficiente de convección de Fresnel a partir de su teoría, así como el resto de fenómenos conocidos en 1895. Sin embargo con la mejora de la precisión en la determinación de caminos ópticos, obtenida gracias al interferómetro de Albert Abraham Michelson con el que se descubrió una anomalía: resultó imposible demostrar la existencia de un corrimiento del éter requerida por la teoría del éter estacionario. Esta anomalía fue resuelta por

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Albert Einstein en 1905 con su teoría especial de la relatividad.

Óptica modernaLa óptica moderna abarca las áreas de la ciencia y la ingeniería óptica que se hicieron populares en el siglo XX.Estas áreas de la ciencia óptica normalmente se refieren a la electromagnética o las propiedades cuánticas de la luz,pero no incluyen otros temas. Un subcampo importante de la óptica moderna, la óptica cuántica , que trata depropiedades mecánicas especialmente la cuántica de la luz. La óptica cuántica no es sólo teórica, algunos de losdispositivos modernos, como el láser, tienen sus principios de funcionamiento que dependen de la mecánicacuántica. Detectores de luz, tales como fotomultiplicadores y channeltrons , responden a fotones individuales.Sensores electrónicos de imagen , como CCDs , la exposición de ruido de disparo correspondiente a las estadísticasde los distintos eventos de fotones.Diodos emisores de luz y células fotovoltaicas , tampoco pueden entenderse sin lamecánica cuántica. En el estudio de estos dispositivos,la óptica cuántica a menudo se superpone con la electrónicacuántica .

Áreas especializadas en la investigación de la óptica incluyen el estudio de cómo la luz interactúa con materialesespecíficos como en la óptica de cristal y metamateriales . Otra investigación se centra en la fenomenología de lasondas electromagnéticas, como en óptica singular , la óptica sin imágenes , la óptica no lineal y óptica estadística , yradiometría . Además, los ingenieros informáticos han tomado un interés en la óptica integrada , la visión artificial ycomputación fotónica como posibles componentes de la "próxima generación" de ordenadores.

Hoy en día, la ciencia pura de la óptica se llama la ciencia óptica o física óptica para distinguirlo de las cienciasaplicadas óptica, que se conocen como ingeniería óptica . Subcampos destacados de la ingeniería óptica incluyeningeniería de iluminación , la fotónica y optoelectrónica , con aplicaciones prácticas como objetivo el diseño ,fabricación y ensayo de componentes ópticos y de procesamiento de imágenes . Algunos de estos campos sesuperponen, con límites difusos entre los términos de los temas que significan cosas diferentes en diferentes partesdel mundo y en diferentes áreas de la industria.

LáserUn láser es un dispositivo que emite luz (radiación electromagnética) a través de un proceso conocido como emisiónestimulada . El término láser es un acrónimo para la amplificación de luz por emisión estimulada de radiación . Laluz láser es generalmente coherente , lo que significa que la luz es emitida en un estrecho de baja divergencia del haz, o se puede convertir en una con el la ayuda de componentes ópticos tales como lentes .

El primer láser fue demostrado el 16 de mayo de 1960 por Theodore Maiman en el Hughes Research Laboratories .Cuando se inventó por primera vez, se les llamaba "una solución buscando un problema". Desde entonces, los láseresse han convertido en uno de varios millones de dólares de la industria, la búsqueda de la utilidad en miles deaplicaciones muy variadas. La primera aplicación de los láseres visibles en la vida cotidiana de la población engeneral era el supermercado de código de barras escáner, introducido en 1974. El reproductor de laserdisc ,introducido en 1978, fue el primer producto de consumo con éxito para incluir un láser, pero el reproductor de discoscompactos fue el primer dispositivo equipado con láser que llegó a ser verdaderamente común en los hogares de losconsumidores, a partir de 1982. Estos dispositivos de almacenaje ópticos usan un láser de semiconductor de menosde un milímetro de ancho para explorar la superficie de la disco para la recuperación de datos. La comunicación defibra óptica confía en lásers para transmitir las cantidades grandes de información en la velocidad de luz. Otros usoscomunes de lásers incluyen impresoras de láser e indicadores de láser. Los lásers son usados en la medicina en áreascomo "la cirugía sin sangre" , la cirugía de ojo de láser, y la microdisección de captura de láser y en usos militarescomo sistemas de defensa de misil, contramedidas electrópticas (EOCM), y LIDAR. Los lásers también son usadosen hologramas, juegos de luces de láser, y el retiro de pelo de láser

Óptica 6

Teorías científicasDesde el punto de vista físico, la luz es una onda electromagnética. Según el modelo utilizado para la luz, sedistingue entre las siguientes ramas, por orden creciente de precisión (cada rama utiliza un modelo simplificado delempleado por la siguiente):

• La óptica geométrica: Trata a la luz como un conjunto de rayos que cumplen el principio de Fermat. Se utiliza enel estudio de la transmisión de la luz por medios homogéneos (lentes, espejos), la reflexión y la refracción.

• La óptica electromagnética u óptica física: Considera a la luz como una onda electromagnética, explicando así ladifracción, interferencia, reflectancia y transmitancia, y los fenómenos de polarización y anisotropía.

• La óptica cuántica: Estudio cuántico de la interacción entre las ondas electromagnéticas y la materia, en el que ladualidad onda-corpúsculo desempeña un papel crucial.

Espectro electromagnéticoSi bien la Óptica se inició como una rama de la física distinta del electromagnetismo en la actualidad se sabe que laluz visible parte del espectro electromagnético, que no es más que el conjunto de todas las frecuencias de vibraciónde las ondas electromagnéticas. Los colores visibles al ojo humano se agrupan en la parte del "Espectro visible".

Referencias• Max Born, Emil Wolf (1991). Principles of Optics.. Pergamon Press Ltd. 0-08-026481-6.

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre ÓpticaCommons.• Wikiversidad alberga proyectos de aprendizaje sobre Óptica.Wikiversidad• Wikisource contiene obras originales de o sobre Óptica.Wikisource• Wikinoticias tiene noticias relacionadas con Óptica.Wikinoticias

Wikilibros

• Wikilibros alberga un libro o manual sobre Óptica.• Libro de óptica electromagnética [1] (con licencia libre, por Álvaro Tejero Cantero• Óptica Pura y Aplicada - OPA, la revista científica de la Sociedad Española de Óptica [2]

• Óptica tradicional y moderna. Monografía de Daniel Malacara [3]

• Introducción a la óptica [4]

• Teoría de óptica geométrica [5]

• Anamorfosis espaciales animadas. Trompe l'oeils 3D [6]

• Óptica Geométrica [7]

Ley de Snell 1

Ley de Snell

Refracción

La ley de Snell es una fórmula utilizadapara calcular el ángulo de refracción de laluz al atravesar la superficie de separaciónentre dos medios de propagación de la luz (ocualquier onda electromagnética) con índicede refracción distinto. El nombre provienede su descubridor, el matemático holandésWillebrord Snel van Royen (1580-1626). Ladenominaron "Snell" debido a su apellidopero le pusieron dos "l" por su nombreWillebrord el cual lleva dos "l".

La misma afirma que la multiplicación delíndice de refracción por el seno del ángulode incidencia es constante para cualquierrayo de luz incidiendo sobre la superficieseparatriz de dos medios. Aunque la ley deSnell fue formulada para explicar losfenómenos de refracción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una superficie de separaciónentre dos medios en los que la velocidad de propagación de la onda varíe.

Ley de Snell 2

Descripción óptica

y son los índices de refracción. de los materiales. La línea entrecortadadelimita la línea normal, además delimita cuándo la luz cambia de un medio a otro.

Snell también hace referencia a la refracción, la cual es la línea imaginariaperpendicular a la superficie. Los ángulos son los ángulos que se forman con lalínea normal, siendo el ángulo de la onda incidente y el ángulo de la onda

refractada.

Consideremos dos medios caracterizadospor índices de refracción y separadospor una superficie S. Los rayos de luz queatraviesen los dos medios se refractarán enla superficie variando su dirección depropagación dependiendo del cociente entrelos índices de refracción y .

Para un rayo luminoso con un ángulo deincidencia sobre el primer medio, ánguloentre la normal a la superficie y la direcciónde propagación del rayo, tendremos que elrayo se propaga en el segundo medio con unángulo de refracción cuyo valor seobtiene por medio de la ley de Snell.

Obsérvese que para el caso de (rayosincidentes de forma perpendicular a lasuperficie) los rayos refractados emergencon un ángulo para cualquier y .

La simetría de la ley de Snell implica quelas trayectorias de los rayos de luz sonreversibles. Es decir, si un rayo incidentesobre la superficie de separación con un ángulo de incidencia se refracta sobre el medio con un ángulo derefracción , entonces un rayo incidente en la dirección opuesta desde el medio 2 con un ángulo de incidencia serefracta sobre el medio 1 con un ángulo .

Una regla cualitativa para determinar la dirección de la refracción es que el rayo en el medio de mayor índice derefracción se acerca siempre a la dirección de la normal a la superficie. La velocidad de la luz en el medio de mayoríndice de refracción es siempre menor.

La ley de Snell se puede derivar a partir del principio de Fermat, que indica que la trayectoria de la luz es aquella enla que los rayos de luz necesitan menos tiempo para ir de un punto a otro. En una analogía clásica propuesta por elfísico Richard Feynman, el área de un índice de refracción más bajo es substituida por una playa, el área de un índicede refracción más alto por el mar, y la manera más rápida para un socorrista en la playa de rescatar a una persona quese ahoga en el mar es recorrer su camino hasta ésta a través de una trayectoria que verifique la ley de Snell, es decir,recorriendo mayor espacio por el medio más rápido y menor en el medio más lento girando su trayectoria en laintersección entre ambos.

Ley de Snell 3

Reflexión Interna Total

Cuando el ángulo de incidencia es mayor o igual al ángulo crítico, la luz no puederefractarse y se refleja totalmente en la frontera. Los ángulos del dibujo

corresponden a la frontera aire-agua. los rayos dibujados en rojo están en reflexióntotal.

Reflexión interna total

Un rayo de luz propagándose en un mediocon índice de refracción incidiendo conun ángulo sobre una superficie sobre unmedio de índice con puedereflejarse totalmente en el interior del mediode mayor índice de refracción. Estefenómeno se conoce como reflexión internatotal o ángulo límite y se produce paraángulos de incidencia mayores que unvalor crítico cuyo valor es:

En la ley de Snell:

si , entonces . Eso significaque cuando aumenta, llega a radianes (90°) antes que . el rayorefractado (o transmitido) sale paralelo a lafrontera. Si aumenta aún más, como no puede ser mayor que , no haytransmisión al otro medio y la luz se reflejatotalmente.

La reflexión es realmente total (100%) y sinpérdidas. Es decir, mejor que los espejosmetálicos (plata, aluminio) que solo reflejan96% de la potencia luminosa incidente.

Historia

La ley de Snell fue descubierta primero porIbn Sahl en el siglo XIII, que la utilizó pararesolver las formas de las lentes anaclastic(las lentes que enfocan la luz conaberraciones geométricas). Fue descubierta otra vez en el siglo XVI y enunciada nuevamente en el siglo XVII, porWillebrord Snel van Royen. En los países francófonos la ley de Snell se conoce como "segunda ley de contraccion" o"ley de Descartes".

Onda electromagnética 1

Onda electromagnética

Las ondas electromagnéticas son transversales; las direcciones de los campos eléctrico y

magnético son perpendiculares a la de propagación.

Una onda electromagnética es la

forma de propagación de la radiación

electromagnética a través del espacio.

Y sus aspectos teóricos están

relacionados con la solución en forma

de onda que admiten las ecuaciones de

Maxwell. A diferencia de las ondas

mecánicas, las ondas

electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío.

Las ondas luminosas son ondas electromagnéticas cuya frecuencia está dentro del rango de la luz visible.

Quizá el mayor logro teórico de la física en el siglo XIX fue el descubrimiento de las ondas electromagnéticas. El

primer indicio fue la relación imprevista entre los fenómenos eléctricos y la velocidad de la luz.

En la naturaleza, las fuerzas eléctricas se originan de dos formas. Primero está la atracción o la repulsión eléctricas

entre las cargas eléctricas (+) y (-). Es posible definir una unidad de carga eléctrica como la carga que repele a otra

carga similar a la distancia de, podemos decir, 1 metro con la fuerza de la unidad de fuerza utilizada (las fórmulas

usuales lo definen con más precisión).

Espectro electromagnético 1

Espectro electromagnéticoSe denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnéticaque emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve paraidentificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar medianteespectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como sonla longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

Diagrama del espectro electromagnético, mostrando el tipo, longitud de onda conejemplos, frecuencia y temperatura de emisión de cuerpo negro.

El espectro electromagnético seextiende desde la radiación de menorlongitud de onda, como los rayosgamma y los rayos X, pasando por laluz ultravioleta, la luz visible y losrayos infrarrojos, hasta las ondaselectromagnéticas de mayor longitudde onda, como son las ondas de radio.Se cree que el límite para la longitudde onda más pequeña posible es lalongitud de Planck mientras que ellímite máximo sería el tamaño delUniverso (véase Cosmología física)aunque formalmente el espectroelectromagnético es infinito ycontinuo.

Rango energético del espectro

El espectro electromagnético cubre longitudes de onda muy variadas. Existen frecuencias de 30 Hz y menores queson relevantes en el estudio de ciertas nebulosas.[1] Por otro lado se conocen frecuencias cercanas a 2,9×1027 Hz, quehan sido detectadas provenientes de fuentes astrofísicas.[2]

La energía electromagnética en una particular longitud de onda λ (en el vacío) tiene una frecuencia f asociada y unaenergía de fotón E. Por tanto, el espectro electromagnético puede ser expresado igualmente en cualquiera de esostérminos. Se relacionan en las siguientes ecuaciones:

, o lo que es lo mismo

, o lo que es lo mismo

Donde (velocidad de la luz) y es la constante de Planck,

.Por lo tanto, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y mucha energíamientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energía.

Por lo general, las radiaciones electromagnéticas se clasifican basándose en su longitud de la onda en ondas de radio,microondas, infrarrojos, visible –que percibimos como luz visible– ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

El comportamiento de las radiaciones electromagnéticas depende de su longitud de onda. Cuando la radiación electromagnética interactúa con átomos y moléculas puntuales, su comportamiento también depende de la cantidad

Espectro electromagnético 2

de energía por quantum que lleve. Al igual que las ondas de sonido, la radiación electromagnética puede dividirse enoctavas.[3]

La espectroscopia puede detectar una región mucho más amplia del espectro electromagnético que el rango visiblede 400 a 700 nm. Un espectrómetro de laboratorio común y corriente detecta longitudes de onda de 2 a 2500 nm.

Bandas del espectro electromagnéticoPara su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es inexacta.Existen ondas que tienen una frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar enocasiones incluidas en dos rangos.

Banda Longitud de onda (m) Frecuencia (Hz) Energía (J)

Rayos gamma < 10 pm > 30,0 EHz > 20·10−15 J

Rayos X < 10 nm > 30,0 PHz > 20·10−18 J

Ultravioleta extremo < 200 nm > 1,5 PHz > 993·10−21 J

Ultravioleta cercano < 380 nm > 789 THz > 523·10−21 J

Luz Visible < 780 nm > 384 THz > 255·10−21 J

Infrarrojo cercano < 2,5 µm > 120 THz > 79·10−21 J

Infrarrojo medio < 50 µm > 6,00 THz > 4·10−21 J

Infrarrojo lejano/submilimétrico < 1 mm > 300 GHz > 200·10−24 J

Microondas < 30 cm > 1 GHz > 2·10−24 J

Ultra Alta Frecuencia - Radio < 1 m > 300 MHz > 19.8·10−26 J

Muy Alta Frecuencia - Radio < 10 m > 30 MHz > 19.8·10−28 J

Onda Corta - Radio < 180 m > 1,7 MHz > 11.22·10−28 J

Onda Media - Radio < 650 m > 650 kHz > 42.9·10−29 J

Onda Larga - Radio < 10 km > 30 kHz > 19.8·10−30 J

Muy Baja Frecuencia - Radio > 10 km < 30 kHz < 19.8·10−30 J

RadiofrecuenciaEn radiocomunicaciones, los rangos se abrevian con sus siglas en inglés. Los rangos son:

Espectro electromagnético 3

Nombre Abreviatura inglesa Banda ITU Frecuencias Longitud de onda

Inferior a 3 Hz > 100.000 km

Extra baja frecuencia ELF 1 3-30 Hz 100.000–10.000 km

Super baja frecuencia SLF 2 30-300 Hz 10.000–1000 km

Ultra baja frecuencia ULF 3 300–3000 Hz 1000–100 km

Muy baja frecuencia VLF 4 3–30 kHz 100–10 km

Baja frecuencia LF 5 30–300 kHz 10–1 km

Media frecuencia MF 6 300–3000 kHz 1 km – 100 m

Alta frecuencia HF 7 3–30 MHz 100–10 m

Muy alta frecuencia VHF 8 30–300 MHz 10–1 m

Ultra alta frecuencia UHF 9 300–3000 MHz 1 m – 100 mm

Super alta frecuencia SHF 10 3-30 GHz 100-10 mm

Extra alta frecuencia EHF 11 30-300 GHz 10–1 mm

Por encima de los 300 GHz < 1 mm

• Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son aquellas que seencuentran en el intervalo de 3 a 30 Hz. Este rango es equivalente a aquellas frecuencias del sonido en la partemás baja (grave) del intervalo de percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el oído humano percibeondas sonoras, no electromagnéticas, sin embargo se establece la analogía para poder hacer una mejorcomparación.

• Frecuencias super bajas: SLF (Super Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 30 a300 Hz. En este rango se incluyen las ondas electromagnéticas de frecuencia equivalente a los sonidos graves quepercibe el oído humano típico.

• Frecuencias ultra bajas: ULF (Ultra Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 300 a 3000 Hz. Este es elintervalo equivalente a la frecuencia sonora normal para la mayor parte de la voz humana.

• Frecuencias muy bajas: VLF, Very Low Frequencies. Se pueden incluir aquí las frecuencias de 3 a 30 kHz. Elintervalo de VLF es usado típicamente en comunicaciones gubernamentales y militares.

• Frecuencias bajas: LF, (Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a 300 kHz. Los principalesservicios de comunicaciones que trabajan en este rango están la navegación aeronáutica y marina.

• Frecuencias medias: MF, Medium Frequencies, están en el intervalo de 300 a 3000 kHz. Las ondas másimportantes en este rango son las de radiodifusión de AM (530 a 1605 kHz).

• Frecuencias altas: HF, High Frequencies, son aquellas contenidas en el rango de 3 a 30 MHz. A estas se lesconoce también como "onda corta". Es en este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos deradiocomunicaciones como radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y militares. Las comunicaciones enbanda de radioaficionados y banda civil también ocurren en esta parte del espectro.

• Frecuencias muy altas: VHF, Very High Frequencies, van de 30 a 300 MHz. Es un rango popular usado paramuchos servicios, como la radio móvil, comunicaciones marinas y aeronáuticas, transmisión de radio en FM (88 a108 MHz) y los canales de televisión del 2 al 12 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)]. También hayvarias bandas de radioaficionados en este rango.

• Frecuencias ultra altas: UHF, Ultra High Frequencies, abarcan de 300 a 3000 MHz, incluye los canales detelevisión de UHF, es decir, del 21 al 69 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)] y se usan también enservicios móviles de comunicación en tierra, en servicios de telefonía celular y en comunicaciones militares.

Efecto Doppler 1

Efecto Doppler

Un micrófono inmóvil registra las sirenas de los policías en movimiento en

diversos tonos dependiendo de su dirección relativa.

El efecto Doppler, llamado así por el

austríaco Christian Andreas Doppler, es el

aparente cambio de frecuencia de una onda

producida por el movimiento relativo de la

fuente respecto a su observador. Doppler

propuso este efecto en 1842 en su tratado

Über das farbige Licht der Doppelsterneund einige andere Gestirne des Himmels(Sobre el color de la luz en estrellasbinarias y otros astros).

El científico neerlandés Christoph Hendrik

Diederik Buys Ballot investigó esta

hipótesis en 1845 para el caso de ondas

sonoras y confirmó que el tono de un sonido

emitido por una fuente que se aproxima al

observador es más agudo que si la fuente se aleja. Hippolyte Fizeau descubrió independientemente el mismo

fenómeno en el caso de ondas electromagnéticas en 1848. En Francia este efecto se conoce como "efecto

Doppler-Fizeau" y en los Países Bajos como el "efecto Doppler-Gestirne".

En el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes

de onda más largas, desplazándose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más

corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades

elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo,

solamente medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el objeto emisor se

moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, sí sería apreciable de forma directa la variación de

longitud de onda.

Sin embargo hay ejemplos cotidianos de efecto Doppler en los que la velocidad a la que se mueve el objeto que

emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas. La velocidad de una ambulancia

(50 km/h) puede parecer insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel del mar (unos 1.235 km/h), sin

embargo se trata de aproximadamente un 4% de la velocidad del sonido, fracción suficientemente grande como para

provocar que se aprecie claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave,

justo en el momento en que el vehículo pasa al lado del observador.

Álgebra del efecto Doppler en ondas sonoras

Observador acercándose a una fuenteImaginemos que un observador O se mueve con una velocidad que tiene una dirección y sentido hacia una fuente

de sonido S que se encuentra en reposo. El medio es aire y también se encuentra en reposo. La fuente emite un

sonido de velocidad V, frecuencia y longitud de onda . Por lo tanto, la velocidad de las ondas respecto del

observador no será , sino la siguiente:

Sin embargo, no debemos olvidar que como la velocidad del medio no cambia, la longitud de onda será la misma,

por lo tanto, si:

Efecto Doppler 2

Pero como mencionamos en la primera explicación, el observador al acercarse a la fuente oirá un sonido más agudo,

esto implica que su frecuencia es mayor. A esta frecuencia mayor captada por el observador se la denomina

frecuencia aparente, que la denominamos f'.

El observador escuchará un sonido de mayor frecuencia debido a que

Observador alejándose de una fuente

Analicemos el caso contrario: cuando el observador se aleja de la fuente, la velocidad será y de

manera superior usando el teorema de Pitágoras análoga podemos deducir que

Fuente acercándose al observadorEn este caso la frecuencia aparente percibida por el observador será mayor que la frecuencia real emitida por la

fuente, lo que genera que el observador perciba un sonido más agudo.

Por tanto, la longitud de onda percibida para una fuente que se mueve con una velocidad será:

Como podemos deducir que:

Fuente alejándose del observadorHaciendo un razonamiento análogo para el caso contrario: fuente alejándose; podemos concluir que la frecuencia

percibida por un observador en reposo con una fuente en movimiento será:

Cuando la fuente se acerque al observador se pondrá un signo (-) en el denominador, y cuando la fuente se aleje se

reemplazará por (+).

Al terminar de leer lo anteriormente expuesto surge la siguiente pregunta: ¿Qué pasará si la fuente y el observador se

mueven al mismo tiempo?. En este caso particular se aplica la siguiente fórmula, que no es más que una

combinación de las dos:

Los signos y deben ser aplicados de la siguiente manera: si el numerador es una suma, el denominador debe

ser una resta y viceversa.

Si la fuente de sonido se aleja del observador el denominador es positivo, pero si se acerca es negativo.

Si el observador se aleja de la fuente el numerador es negativo, pero si se aproxima es positivo. Se puede dar el caso

de numerador y denominador sean una suma, y también de numerador y denominador sean una resta.

Fotón 1

Fotón

Fotón (γ)

Fotones emitidos en un rayo coherente por un láser

Clasificación Partícula elemental

Familia Bosón

Grupo Bosón de gauge

Interacción Electromagnetismo

Símbolo(s) γ, hν, o ħω

Antipartícula Ella misma

Teorizada Albert Einstein

Masa0[1]

Vida media Estable

Carga eléctrica 0

Espín

En física moderna, el fotón (en griego φῶς, φωτός [luz], y -ón) es la partícula elemental responsable de las

manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación

electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro

electromagnético), la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio. El fotón tiene una masa invariante cero,[1]

y

viaja en el vacío con una velocidad constante . Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades

corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo"). Se comporta como una onda en fenómenos como la

refracción que tiene lugar en una lente, o en la cancelación por interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin

embargo, se comporta como una partícula cuando interactúa con la materia para transferir una cantidad fija de

energía, que viene dada por la expresión.

donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz y es la longitud de onda. Esto difiere de lo que

ocurre con las ondas clásicas, que pueden ganar o perder cantidades arbitrarias de energía. Para la luz visible, la

energía portada por un fotón es de alrededor de 4×10–19

julios; esta energía es suficiente para excitar un ojo y dar

lugar a la visión.[2]

Además de energía, los fotones llevan también asociado un momento lineal y tienen una polarización. Siguen las

leyes de la mecánica cuántica, lo que significa que a menudo estas propiedades no tienen un valor bien definido para

un fotón dado. En su lugar se habla de las probabilidades de que tenga una cierta polarización, posición o momento

lineal. Por ejemplo, aunque un fotón puede excitar una molécula, a menudo es imposible predecir cuál será la

molécula excitada.

La descripción anterior de un fotón como un portador de radiación electromagnética es utilizada con frecuencia por

los físicos. Sin embargo, en física teórica, un fotón puede considerarse como un mediador para cualquier tipo de

Fotón 2

interacción electromagnética.

La discusión sobre la naturaleza de la luz se remonta hasta la antigüedad. En el siglo XVII, Newton se inclinó por

una interpretación corpuscular de la luz, mientras que sus contemporáneos Huygens y Hooke apoyaron la hipótesis

de la luz como onda. Experimentos de interferencia, como el realizado por Young en el siglo XIX, confirmaron el

modelo ondulatorio de la luz.

La idea de la luz como partícula retornó con el concepto moderno de fotón, que fue desarrollado gradualmente entre

1905 y 1917 por Albert Einstein[3][4][][5]

apoyándose en trabajos anteriores de Planck, en los cuales se introdujo el

concepto de cuanto. Con el modelo de fotón podían explicarse observaciones experimentales que no encajaban con

el modelo ondulatorio clásico de la luz. En particular, explicaba cómo la energía de la luz dependía de la frecuencia

(dependencia observada en el efecto fotoeléctrico) y la capacidad de la materia y la radiación electromagnética para

permanecer en equilibrio térmico.

Otros físicos trataron de explicar las observaciones anómalas mediante modelos "semiclásicos", en los que la luz era

descrita todavía mediante las ecuaciones de Maxwell, aunque los objetos materiales que emitían y absorbían luz

estaban cuantizados. Aunque estos modelos semiclásicos contribuyeron al desarrollo de la mecánica cuántica,

experimentos posteriores han probado las hipótesis de Einstein sobre la cuantización de la luz (los cuantos de luz son

los fotones).

El concepto de fotón ha llevado a avances muy importantes en física teórica y experimental, tales como la teoría

cuántica de campos, el condensado de Bose-Einstein y la interpretación probabilística de la mecánica cuántica, y a

inventos como el láser.

De acuerdo con el modelo estándar de física de partículas los fotones son los responsables de producir todos los

campos eléctricos y magnéticos, y a su vez son el resultado de que las leyes físicas tengan cierta simetría en todos los

puntos del espacio-tiempo. Las propiedades intrínsecas de los fotones (masa invariante y espín) están determinadas

por las propiedades de la simetría de Gauge.

Los fotones se aplican a muchas áreas, como la fotoquímica, el microscopio fotónico y la medición de distancias

moleculares. Incluso se los ha estudiado como componentes de computadoras cuánticas y en aplicaciones

sofisticadas de comunicación óptica como por ejemplo en criptografía cuántica.

NomenclaturaEl fotón fue llamado originalmente por Albert Einstein

[3] "cuanto de luz” (en alemán: das Lichtquant). El nombre

moderno “fotón” proviene de la palabra griega φῶς (que se transcribe como phôs), que significa luz, y fue acuñado

en 1926 por el físico Gilbert N. Lewis, quien publicó una teoría especulativa[6]

en la que los fotones no se podían

“crear ni destruir". Aunque la teoría de Lewis nunca fue aceptada —siendo contradicha en muchos experimentos—el nuevo nombre "fotón" fue adoptado enseguida por la mayoría de los científicos.

En física, el fotón se representa normalmente con el símbolo (la letra griega gamma). Este símbolo proviene

posiblemente de los rayos gamma, descubiertos y bautizados con ese nombre en 1900 por Villard[7][8]

y que

resultaron ser una forma de radiación electromagnética según demostraron Rutherford y Andrade[9]

en 1914. En

química e ingeniería óptica, los fotones se simbolizan habitualmente por , que representa también la energía

asociada a un fotón, donde es la constante de Planck y la letra griega es la frecuencia de la partícula. Con

mucha menor asiduidad, el fotón también se representa por , siendo , en este caso, la frecuencia.

Difracción (física) 1

Difracción (física)

Patrón de difracción obtenido por unarendija simple.

Difracción.

En física, la difracción es un fenómeno característicode las ondas que se basa en la desviación de estas alencontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. Ladifracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondassonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondaselectromagnéticas como la luz visible y las ondas deradio. También sucede cuando un grupo de ondas detamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de ladifracción, un haz angosto de ondas de luz de un láserdeben finalmente divergir en un rayo más amplio a unacierta distancia del emisor.

Comparación entre los patrones de difracción e interferenciaproducidos por una doble rendija (arriba) y cinco rendijas (abajo).

La interferencia se produce cuando la longitud de ondaes mayor que las dimensiones del objeto, por tanto, losefectos de la difracción disminuyen hasta hacerseindetectables a medida que el tamaño del objetoaumenta comparado con la longitud de onda.

En el espectro electromagnético los rayos X tienenlongitudes de onda similares a las distanciasinteratómicas en la materia. Es posible por lo tantoutilizar la difracción de rayos X como un método paraexplorar la naturaleza de los cristales y otros materialescon estructura periódica. Esta técnica se utilizó para intentar descubrir la estructura del ADN, y fue una de laspruebas experimentales de su estructura de doble hélice propuesta por James Watson y Francis Crick en 1953. Ladifracción producida por una estructura cristalina verifica la ley de Bragg.

Debido a la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica es posible observar la difracción departículas como neutrones o electrones. En los inicios de la mecánica cuántica este fue uno de los argumentos másclaros a favor de la descripción ondulatoria que realiza la mecánica cuántica de las partículas subatómicas.

Reflexión (física) 1

Reflexión (física)

Reflejo de unas rocas en el mar.

La reflexión es el cambio de dirección de una onda magnética, que al

estar en contacto con la superficie de separación entre dos medios

cambia , de tal forma que regresa al medio inicial, se ejecuta una

explosión. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las

ondas en el agua. La luz es una forma de energía. Gracias a ello puedes

ver tu imagen reflejada en un espejo,en la superficie del agua o un piso

muy brillante. Esto se debe a un fenómeno llamado reflexión de la luz.

La reflexión ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una

superficie chocan en ella, se desvían y regresan al medio que salieron

formando un ángulo igual al de la luz incidente,muy distinta a la refraccion .

Reflexión de la luz y sus leyesEs el cambio de dirección, en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una

superficie. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:

1a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.

2a. ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

θi = θ

r

Reflejo sobre una burbuja de jabón. Reflejo en un espejo. En función del ángulo,

es posible leer o no el

cartel, debido al

ángulo de reflexión de

la luz.

Reflexión (física) 2

Reflexión interna total

Reflexión interna total de la luz.

Cuando en la refracción el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo

crítico ocurre lo que se conoce como reflexión interna total. Cálculo

del ángulo crítico:

en fórmula:

: ángulo crítico;

: índice de refracción.

Retrorreflexión

Principio de funcionamiento de un reflector de

esquina.

La retrorreflexión es la capacidad que tienen algunas superficies que

por su estructura pueden reflejar la luz de vuelta hacia la fuente, sin

que importe el ángulo de incidencia original. Este comportamiento se

puede observar en un espejo, pero únicamente cuando éste se encuentra

perpendicular a la fuente; es decir, cuando el ángulo de incidencia es

igual a 90°. Se puede construir un retrorreflector simple colocando tres

espejos ordinarios de forma que todos sean perpendiculares entre sí (un

reflector esquinero). La imagen que se produce es igual a la imagen

producida por un espejo pero invertida. Tal como se observa en la

figura, la combinación de las diferentes superficies hace que el haz de

luz sea reflejado de vuelta a la fuente.

Si a una superficie se le aplica una pequeña capa de esferas reflectivas

es posible obtener una superficie con una capacidad limitada de retrorreflexión. El mismo efecto se puede obtener si

se dota a la superficies con una estructura similar a pequeñas pirámides (reflexión esquinera). En ambos casos, la

estructura interna de la superficie refleja la luz que incide sobre ella y la envía directamente hacia la fuente. Este tipo

de superficies se utilizan para crear las señales de tránsito y las placas de los automóviles; en este caso particular no

se desea una retrorreflexión perfecta, pues se quiere que la luz retorne tanto hacia las luces del vehículo que emite el

haz de luz como a los ojos de la persona que lo va conduciendo.

Reflexión acoplada complejaLa luz se refleja exactamente en la dirección de la fuente de donde proviene debido a un proceso óptico no lineal. En

este tipo de reflexión, no solo se invierte la dirección de la luz; también se invierte el frente de la onda. Un reflector

acoplado se puede utilizar para eliminar aberraciones en un haz de luz, reflejándola y haciéndola pasar de nuevo por

el dispositivo óptico que causa la aberración.

Reflexión de neutronesMateriales que reflejan neutrones, como por ejemplo el berilio, son utilizados en reactores nucleares y en armas

atómicas. En las ciencias físicas y químicas, la reflexión de neutrones es utilizada para determinar la estructura y

composición interna de un material. refl HD.htm [1]

Reflexión (física) 3

Reflexión del sonidoCuando una onda sonora golpea una superficie plana es reflejada de manera coherente asumiendo que el tamaño de

la superficie reflectiva es lo suficientemente larga con relación a la longitud de la onda que incide. Tómese en cuenta

que las ondas del sonido audible tienen un amplio rango de frecuencias (de 20 Hz hasta 20000 Hz), al igual que la

longitud de onda (que pude variar de 20 mm hasta 17 m). Como resultado, se obtiene que la naturaleza en general,

así como el comportamiento del fenómeno de reflexión varía de acuerdo con la estructura y la textura de las

superficies de reflexión; por ejemplo, una superficie porosa tiende a absorber grandes cantidades de energía,

mientras que una superficie áspera (donde áspero es relativo a la longitud de onda) reflejará las ondas en todas

direcciones dispersando la energía de la onda, en lugar de reflejar el sonido en forma coherente. Esto nos lleva al

campo de la Acústica arquitectónica, porque la naturaleza de estas reflexiones son críticas para la sensación del

espacio en un auditorio.

Reflexión sísmica

Si-o-se Pol

Las ondas sísmicas producidas por terremotos o por

otras fuentes tales como explosiones, pueden ser

reflejadas por capas dentro de la Tierra. El estudio de

las ondas sísmicas reflejadas en las profundidades ha

dado a los sismólogos la oportunidad de determinar las

capas que conforman la estructura de la Tierra. El

estudio de las ondas sísmicas reflejadas de poca

profundidad se utiliza en sismología por reflexión, que

estudia la corteza de la Tierra en general, y en

particular para encontrar posibles yacimientos de

petróleo o gas natural.

Interpretación cuántica

Todas las interacciones entre fotones y materia se describen como una serie de absorciones y emisiones de fotones.

Cuando un fotón que llega golpea una molécula en la superficie de la materia, es absorbido y casi de inmediato

vuelto a emitir. El "nuevo" fotón puede emitirse en cualquier dirección; esto causaría una reflexión difusa

[cita requerida].

La reflexión especular (siguiendo la ley de la reflexión equi-angular de Herón) es un efecto de la mecánica cuántica,

explicado como la suma de los caminos más probables tomados por los fotones. La interacción con materia liviana es

un tópico de la electrodinámica cuántica, descrita por Richard Feynman en su libro QED:La extraña teoría de la luz y

la materia. La energía de un fotón que llega a una molécula puede que concuerde con la energía requerida para

cambiar el estado de la molécula, causando una transición en el estado cinético, rotacional, electrónica o vibracional

de la energía. Cuando esto ocurre, puede que el fotón absorbido no se reemita o puede que se reemita con pérdida de

energía. Estos efectos son conocidos como Raman, Brillouin.

Refracción 1

Refracción

Refracción de la luz en diversos contenedores.

La refracción es el cambio de dirección queexperimenta una onda al pasar de un mediomaterial a otro. Solo se produce si la ondaincide oblicuamente sobre la superficie deseparación de los dos medios y si estostienen índices de refracción distintos. Larefracción se origina en el cambio develocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuandose sumerge un lápiz en un vaso con agua: ellápiz parece quebrado. También se producerefracción cuando la luz atraviesa capas deaire a distinta temperatura, de la quedepende el índice de refracción. Losespejismos son producidos por un casoextremo de refracción, denominadoreflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como laluz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

Explicación física

Lápiz "quebrado" debido a la refracción.

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro conuna densidad óptica diferente, sufriendo un cambio de rapidez y uncambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie.Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio dela ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios nohomogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica quela luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorridoóptico de menor tiempo.

Por otro lado, la velocidad de la penetración de la luz en un mediodistinto del vacío está en relación con la longitud de la onda y, cuandoun haz de luz blanca pasa de un medio a otro, cada color sufre una ligera desviación. Este fenómeno es conocidocomo dispersión de la luz. Por ejemplo, al llegar a un medio más denso, las ondas más cortas pierden velocidad sobrelas largas (ej: cuando la luz blanca atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son hasta 4 veces másdispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se vea azulado, ya que para esa gama de colores el índice derefracción es mayor y se dispersa más.

En la refracción se cumplen las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el movimiento ondulatorio:

•• El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.•• Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo

incidente y el reflejado con la perpendicular (llamada Normal) a la superficie de separación trazada en el punto deincidencia.

La velocidad de la luz depende del medio por el que viaje, por lo que es más lenta cuanto más denso sea el material y viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a otro más denso (cristal), el rayo de luz es

Refracción 2

refractado acercándose a la normal y por tanto, el ángulo de refracción será más pequeño que el ángulo deincidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio más denso a uno menos denso, será refractadoalejándose de la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia será menor que el de refracción. Asi podemos decir quela refraccion es el cambio de direccion de la propagacion que experimenta la luz al pasar de un medio a otro

Índice de refracciónEs la relación entre la velocidad de propagación de la onda en un medio de referencia (por ejemplo el vacío para lasondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio del que se trate.

Ángulo crítico: cualquier rayo que incida con un ángulo θ1

mayor al ángulo crítico θc

correspondiente a ese par de sustancias, se reflejaráen la interfase en lugar de refractarse.

Refracción de ondas de radioEl fenómeno de la refracción se observa en todo tipo de ondas. En el caso de las ondas de radio, la refracción esespecialmente importante en la ionosfera, en la que se producen una serie continua de refracciones que permiten a lasondas de radio viajar de un punto del planeta a otro.

Refracción de ondas sísmicasOtro ejemplo de refracción no ligado a ondas electromagnéticas es el de las ondas sísmicas. La velocidad depropagación de las ondas sísmicas depende de la densidad del medio de propagación y, por lo tanto, de laprofundidad y de la composición de la región atravesada por las ondas. Se producen fenómenos de refracción en lossiguientes casos:

• Refracción entre la transición entre dos capas geológicas, especialmente entre el manto terrestre y el núcleo de laTierra.

• En el manto, por pequeñas desviaciones de la densidad entre capas ascendentes menos densas y descendentes,más densas.

Refracción 3

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 lavelocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entendersecomo el producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual alproducto del índice de refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción, esto es:

• : índice de refracción del primer medio• : ángulo de incidencia• : índice de refracción del segundo medio• : ángulo de refracción

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre refracción. Commons• Demostración Java [1] (en inglés)

Referencias[1] http:/ / www. phy. ntnu. edu. tw/ ntnujava/ viewtopic. php?t=32

Polarización electromagnética 1

Polarización electromagnéticaLa polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la

luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización. Este

plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro

perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.

En una onda electromagnética no polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda transversal sin polarizar, el

campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la dirección de propagación de la onda. Las ondas

longitudinales, como las ondas sonoras, no pueden ser polarizadas porque su oscilación se produce en la misma

dirección que su propagación.

Fig.1 - Una onda electromagnética polarizada. Las oscilaciones del campo eléctrico

sólo se producen en el plano del tiempo, son perpendiculares a las oscilaciones del campo

magnético, y ambas son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda.

Campo eléctrico y campomagnético de una ondaelectromagnética

Una onda electromagnética es una

onda transversal compuesta por un

campo eléctrico y un campo magnético

simultáneamente. Ambos campos

oscilan perpendicularmente entre sí;

las ecuaciones de Maxwell modelan este comportamiento. (Ver Fig.1)

Habitualmente se decide por convenio que para el estudio de la polarización electromagnética se atienda

exclusivamente al campo eléctrico, ignorando el campo magnético, ya que el vector de campo magnético puede

obtenerse a partir del vector de campo eléctrico, pues es perpendicular y proporcional a él.

Polarización de ondas planasUn ejemplo sencillo para visualizar la polarización es el de una onda plana, que es una buena aproximación de la

mayoría de las ondas luminosas.

Descomposición del vector

de campo eléctrico en dos

componentes.

En un punto determinado la onda del campo eléctrico puede tener dos componentes

vectoriales perpendiculares (transversales) a la dirección de propagación. Las dos

componentes vectoriales transversales varían su amplitud con el tiempo, y la suma de

ambas va trazando una figura geométrica. Si dicha figura es una recta, la polarización se

denomina lineal; si es un círculo, la polarización es circular; y si es una elipse, la

polarización es elíptica.

Si la onda electromagnética es una onda armónica simple, como en el caso de una luz

monocromática, en que la amplitud del vector de campo eléctrico varía de manera

sinusoidal, los dos componentes tienen exactamente la misma frecuencia. Sin embargo, estos componentes tienen

otras dos características de definición que pueden ser diferentes. Primero, los dos componentes pueden no tener la

misma amplitud. Segundo, los dos componentes pueden no tener la misma fase, es decir, pueden no alcanzar sus

máximos y mínimos al mismo tiempo.

Polarización electromagnética 2

Tipos de polarizaciónLa forma trazada sobre un plano fijo por un vector de campo eléctrico de una onda plana que pasa sobre él es una

curva de Lissajous y puede utilizarse para describir el tipo de polarización de la onda. Las siguientes figuras

muestran algunos ejemplos de la variación del vector de campo eléctrico (azul) con el tiempo (el eje vertical), con

sus componentes X e Y (roja/izquierda y verde/derecha), y la trayectoria trazada por la punta del vector en el plano

(púrpura). Cada uno de los tres ejemplos corresponde a un tipo de polarización.

Lineal Circular Elíptica

En la figura de la izquierda, la polarización es lineal y la oscilación del plano perpendicular a la dirección de

propagación se produce a lo largo de una línea recta. Se puede representar cada oscilación descomponiéndola en dos

ejes X e Y. La polarización lineal se produce cuando ambas componentes están en fase (con un ángulo de desfase

nulo, cuando ambas componentes alcanzan sus máximos y mínimos simultáneamente) o en contrafase (con un

ángulo de desfase de 180º, cuando cada una de las componentes alcanza sus máximos a la vez que la otra alcanza sus

mínimos). La relación entre las amplitudes de ambas componentes determina la dirección de la oscilación, que es la

dirección de la polarización lineal.

En la figura central, las dos componentes ortogonales tienen exactamente la misma amplitud y están desfasadas

exactamente 90º. En este caso, una componente se anula cuando la otra componente alcanza su amplitud máxima o

mínima. Existen dos relaciones posibles que satisfacen esta exigencia, de forma que la componente x puede estar 90º

adelantada o retrasada respecto a la componente Y. El sentido (horario o antihorario) en el que gira el campo

eléctrico depende de cuál de estas dos relaciones se dé. En este caso especial, la trayectoria trazada en el plano por la

punta del vector de campo eléctrico tiene la forma de una circunferencia, por lo que en este caso se habla de

polarización circular.

En la tercera figura, se representa la polarización elíptica. Este tipo de polarización corresponde a cualquier otro caso

diferente a los anteriores, es decir, las dos componentes tienen distintas amplitudes y el ángulo de desfase entre ellas

es diferente a 0º y a 180º (no están en fase ni en contrafase).

Polarización electromagnética 3

Cómo determinar la polarización de una onda planaPara averiguar el tipo de polarización de la onda, es necesario analizar el campo (eléctrico o magnético). El análisis

se realizará para el campo eléctrico, pero es similar al del campo magnético.

Si el campo eléctrico es de la forma:

La amplitud de la onda, , va siempre en la dirección de polarización de la onda. Es por ello por lo que se hace

necesario analizar para ver qué tipo de polarización se tiene.

Se puede descomponer como suma de un vector paralelo al plano de incidencia y otro vector perpendicular a

dicho plano:

donde el símbolo || se usa para las componentes paralelas, mientras que es para las componentes perpendiculares.

Los vectores u, son vectores unitarios en la dirección que indican sus subíndices (paralela o perpendicular al plano de

incidencia).

Representación de los casos de polarización elíptica: Polarización elípticalevógira(izquierda) y Polarización elíptica dextrógira (derecha).

Se realiza la diferencia y

según el resultado se tendrá:

• Polarización lineal si la diferencia

es 0 o un múltiplo entero (positivo o

negativo) de .

• Polarización circular si la

diferencia es un múltiplo entero

impar (positivo o negativo) de .

En este caso se cumple, además,

que .

• En el resto de casos se producirá polarización elíptica.

Es posible conocer, en el caso de polarización elíptica, el sentido de giro de la polarización de la onda. A partir de la

diferencia anterior se puede obtener fácilmente:

• Si se trata de polarización elíptica levógira ó helicidad negativa.

• Si se trata de polarización elíptica dextrógira ó helicidad positiva.

Radiación incoherenteEn la naturaleza, la radiación electromagnética es producida a menudo por un gran conjunto de emisores

individuales, cada uno de los cuales da lugar a un tren de ondas independiente. Este tipo de luz se llama incoherente.

En general, no hay una única frecuencia sino un espectro de frecuencias y, aunque sea filtrado a una arbitraria y

estrecha gama de frecuencias, puede no haber un estado constante y uniforme de polarización. Sin embargo, esto no

significa que la polarización sea solamente una característica de la radiación coherente. La radiación incoherente

puede demostrar la correlación estadística entre las componentes del campo eléctrico. Esta correlación se puede

interpretar como polarización parcial. En general, se puede describir un campo ondulatorio como la suma de una

parte totalmente incoherente (sin correlaciones) y de una parte totalmente polarizada. Entonces se puede describir la

luz en términos del grado de polarización y los parámetros de la elipse de polarización.

Polarización electromagnética 4

Obtención de luz polarizadaA continuación se explicarán brevemente algunos de los procedimientos experimentales que permiten la obtención

de luz polarizada a partir de una emisión de luz natural. Para obtener luz polarizada linealmente se hace que el vector

eléctrico vibre en un único plano (plano de polarización) de los que contienen la dirección de propagación.

Existen varios métodos para obtener luz polarizada: absorción selectiva, por reflexión, refracción y por difusión.

Polarización por absorciónselectiva

Algunos materiales absorben selectivamente

una de las componentes transversales del

campo eléctrico de una onda. Esta propiedad

se denomina dicroísmo. La luz experimenta

una absorción en ciertos estados de

polarización. El término dicroísmo proviene

de las observaciones realizadas en épocas

muy tempranas de la teoría óptica sobre

ciertos cristales, tales como la turmalina. En

estos cristales, el efecto del dicroísmo varía en gran medida con la longitud de onda de la luz, haciendo que

aparezcan diferentes colores asociados a la visión de diferentes colores con diferentes planos de polarización. Este

efecto es también denominado pleocroísmo, y la técnica se emplea en mineralogía para identificar los diferentes

minerales. En algunos materiales, tales como la herapatita (sulfato de iodoquinina) o las capas Polaroid, el efecto no

es tan fuertemente dependiente de la longitud de onda, y ésta es la razón por la que el término dicroico se emplea

muy poco.

El dicroísmo ocurre también como fenómeno óptico en los cristales líquidos debido en parte a la anisotropía óptica

que presentan las estructuras moleculares de estos materiales. A este efecto se le denominó posteriormente "efecto

huésped-invitado" (guest-host effect en inglés).

Ángulo de Brewster ( ).

Polarización por reflexión

Al reflejarse un haz de luz no polarizado sobre una superficie, la

luz reflejada sufre una polarización parcial de forma que el

componente del campo eléctrico perpendicular al plano de

incidencia (plano que contiene la dirección del rayo de incidencia

y el vector normal a la superficie de incidencia) tiene mayor

amplitud que el componente contenido en el plano de incidencia.

Cuando la luz incide sobre una superficie no absorbente con un

determinado ángulo, el componente del campo eléctrico paralelo al

plano de incidencia no es reflejado. Este ángulo, conocido como

ángulo de Brewster, en honor del físico británico David Brewster,

se alcanza cuando el rayo reflejado es perpendicular al rayo

refractado. La tangente del ángulo de Brewster es igual a la relación entre los índices de refracción del segundo y el

primer medio.

Polarización electromagnética 5

Polarización por birrefringencia

Birrefringencia en un cristal de calcita.

La birrefringencia o doble refracción es

una propiedad de ciertos cuerpos, como el

espato de Islandia, de desdoblar un rayo de

luz incidente en dos rayos linealmente

polarizados de manera perpendicular entre sí

como si el material tuviera dos índices de

refracción distintos.

La primera de las dos direcciones sigue las

leyes normales de la refracción y se llama

rayo ordinario; la otra tiene una velocidad y

un índice de refracción variables y se llama rayo extraordinario. Este fenómeno sólo puede ocurrir si la estructura

del material es anisótropa. Si el material tiene un solo eje de anisotropía, (es decir es uniaxial), la birrefringencia

puede formalizarse asignando dos índices de refracción diferentes al material para las distintas polarizaciones.

La birrefringencia está cuantificada por la relación:

donde no

y ne

son los índices de refracción para las polarizaciones perpendicular (rayo ordinario) y paralela al eje de

anisotropía (rayo extraordinario), respectivamente.

La birrefringencia puede también aparecer en materiales magnéticos, pero variaciones sustanciales en la

permeabilidad magnética de materiales son raras a las frecuencias ópticas. El papel de celofán es un material

birrefringente común.

Polarización en naturaleza, ciencia, y tecnología

Efecto de un polarizador sobre la reflexión en el fango. En la imagen de la

izquierda, el polarizador está girado para transmitir las reflexiones. Al girar el

polarizador 90º (imagen de la derecha) casi toda la luz del sol reflejada es

bloqueada.

Efectos de la polarización en lavida diaria

La luz reflejada sobre materiales brillantes

transparentes es parcial o totalmente

polarizada, excepto cuando la luz incide en

dirección normal (perpendicular) a la

superficie reflectante. Un filtro polarizador,

como el de unas gafas de sol polarizada,

puede utilizarse para observar este

fenómeno haciendo girar el filtro y mirando

a través de él. Para determinados ángulos, se

atenuará la luz o será totalmente bloqueada. Los filtros polarizadores bloquean el paso de luz polarizada a 90º

respecto al plano polarizador del filtro. Si dos filtros polarizadores (polarizador y analizador) se colocan uno en

frente del otro de forma que ambos sean atravesados por un haz de luz

Polarización electromagnética 6

Efecto de un filtro polarizador sobre la imagen del cielo en una fotografía en color.

La imagen de la derecha se ha realizado utilizando un filtro polarizador.

que no estaba polarizado previamente, la

intensidad luminosa del haz que sale del

segundo filtro será proporcional al coseno

del ángulo que forman los planos

polarizadores de ambos filtros entre sí. Si

ese ángulo es de 90º, el paso de la luz es

bloqueado.

La polarización por dispersión puede

observarse cuando la luz pasa por la

atmósfera de la Tierra. La dispersión de la

luz produce el resplandor y el color cuando el cielo está despejado. Esta polarización parcial de la luz dispersada

puede ser usada para oscurecer el cielo en fotografías, aumentando el contraste. Este efecto es fácil de observar

durante la puesta de sol, cuando el horizonte forma un ángulo de 90° respecto a la dirección del observador hacia el

sol. Otro efecto fácilmente observado es la reducción drástica del resplandor de las imágenes del cielo reflejadas

sobre superficies horizontales, que es la razón principal por la que a menudo se usan filtros polarizadores en gafas de

sol. También puede verse con frecuencia que un filtro polarizador muestre algunos arcoíris a causa de la dependencia

del color de los efectos de la birrefringencia, por ejemplo en las ventanas de cristal laminado de los automóviles o en

artículos hechos de plástico transparente. El papel desempeñado por la polarización en una pantalla LCD puede verse

con unas gafas de cristal polarizado, pudiendo reducir el contraste incluso hasta a hacer la visión de la pantalla

ilegible.

Efecto de un cristal templado sobre la luz polarizada analizado con un filtro

polarizador.

En la fotografía de la derecha se ve el

parabrisas de un coche a través de la luneta

trasera de otro coche situado delante y un

filtro polarizador (como el de unas gafas de

cristal polarizado). La luz del cielo se refleja

en el parabrisas del coche de atrás, haciendo

que se polarice la luz reflejada,

principalmente con un plano de polarización

horizontal. La luneta trasera del coche

delantero está fabricada con vidrio

templado. Debida al tratamiento térmico del

templado en el cristal de la luneta del coche

situado delante, el cristal tiene una tensión

residual que hace que cambie el ángulo del plano de polarización de la luz que pasa por él. Si no estuviera la luneta

trasera, las gafas de sol bloquearían toda la luz polarizada horizontalmente que es reflejada por la ventana del otro

coche. Sin embargo, la tensión en la luneta trasera cambia un poco el ángulo del plano de polarización de la luz, con

una componente vertical y otra horizontal. La componente vertical no es bloqueada por los cristales de las gafas,

percibiéndose la luz reflejada en el parabrisas del coche de atrás.

BiologíaMuchos animales son capaces de percibir la polarización de luz, usando esa habilidad con objetivos de navegación

ya que la polarización lineal de la luz de cielo es siempre perpendicular a la dirección del sol. Esta capacidad es muy

común entre los insectos, incluyendo las abejas, que usan esta información para orientar su danza de la abeja. La

sensibilidad a la polarización también ha sido observada en especies de pulpo, calamar, sepia y mantis. El rápido

cambio en la coloración de la piel de la sepia se usa para la comunicación, polarizando la luz que se refleja sobre

Polarización electromagnética 7

ella. La mantis religiosa es conocida por tener un tejido reflexivo selectivo que polariza la luz. Hace tiempo se

pensaba que la polarización de la luz del cielo era percibida por las palomas y era una de las ayudas de las palomas

mensajeras, pero algunas investigaciones señalan que eso es un mito popular.[1]

El ojo humano es débilmente sensible a la polarización, sin necesidad de la intervención de filtros externos. La luz

polarizada crea un dibujo modelo muy débil cerca del campo visual, llamado cepillo de Haidinger. Este dibujo es

muy difícil de ver, pero con la práctica uno puede aprender a descubrir la luz polarizada a simple vista.

GeologíaLa propiedad de la birrefringencia lineal es común a muchos minerales cristalinos y su estudio ayudó a descubrir el

fenómeno de la polarización. En mineralogía, esta propiedad es estudiada con frecuencia usando microscopios de luz

polarizada, con el objetivo de identificar minerales.

QuímicaLa polarización es de principal importancia en la química debido al dicroísmo circular y la rotación del plano de

polarización (birrefringencia circular) mostrada por moléculas quirales ópticamente activas. Esta rotación del plano

de polarización puede medirse utilizando un polarímetro.

La polarización también puede observarse en el efecto inductivo o la resonancia de los enlaces o en la influencia de

un grupo funcional en las propiedades eléctricas (por ejemplo, el momento dipolar) de un enlace covalente o de un

átomo.

AstronomíaEn muchas áreas de la astronomía, el estudio de la radiación electromagnética polarizada del espacio exterior es de

gran importancia. Aunque por lo general no se produce en la radiación térmica de las estrellas, la polarización está

también presente en la radiación de algunas fuentes astronómicas coherentes (por ejemplo, algunas masas de metanol

o de hidróxidos), y de fuentes incoherentes como los grandes lóbulos de radio en galaxias activas, y la radiación

pulsatoria de radio (que se especula que pueda ser a veces coherente), y también se impone sobre la luz de las

estrellas dispersando polvo interestelar. Aparte del aporte de información sobre las fuentes de radiación y dispersión,

la polarización también se utiliza para explorar el campo magnético aplicando el efecto Faraday. La polarización de

la radiación de fondo de microondas sirve para estudiar la física del principio del universo. La radiación sincrotrón

está severamente polarizada. También usando un filtro polarizador, en el Telescopio Infrarrojo Británico (UKIRT) se

ha logrado por vez primera ver con claridad el disco de materia alrededor de un agujero negro, diferenciándolo de las

nubes de gas y polvo que lo rodean.

TecnologíaLas aplicaciones tecnológicas de la polarización están sumamente extendidas. Quizás los ejemplos más comúnmente

encontrados son las pantallas de cristal líquido (display clearblack creados por Nokia, con filtros polarizados que

permiten mejos la vizualizacion de la pantalla en exteriores con luz natural)(LCD), las gafas de sol de cristal

polarizado y los filtros polarizadores utilizados en fotografía.

Todas las antenas transmisoras y receptoras de radiofrecuencia usan la polarización electromagnética, especialmente

en las ondas de radar. La mayoría de las antenas irradian ondas polarizadas, ya sea con polarización horizontal,

vertical o circular. La polarización vertical es usada más frecuentemente cuando se desea irradiar una señal de radio

en todas las direcciones como en las bases de telefonía móvil o las ondas de radio AM. Sin embargo, no siempre se

utiliza la polarización vertical. La televisión normalmente usa la polarización horizontal. La alternancia entre

polarización vertical y horizontal se utiliza en la comunicación por satélite (incluyendo satélites de televisión) para

reducir la interferencia entre señales que tienen un mismo rango de frecuencias, teniendo la separación reducida

angular en cuenta entre los satélites.

Polarización electromagnética 8

Imagen de un plástico sometido a tensión en un

ensayo de fotoelasticidad.

En ingeniería, la relación entre la tensión y la birrefringencia motiva el

empleo de la polarización para caracterizar la distribución de tensiones

y la tensión en los prototipos usando la técnica de la fotoelasticidad. La

muestra a analizar se coloca entre dos filtros polarizadores, el primero

hace que la luz que pase por la pieza a ensayar esté polarizada y el

segundo descompone la luz. Es un ensayo muy utilizado en

aplicaciones de piezas de dos dimensiones.

La polarización en la atmósfera fue estudiada en los años 1950

navegando cerca de los polos campo magnético terrestre cuando ni el

el sol ni las estrellas eran visibles (por ejemplo en un día nublado). Se

ha sugerido, polémicamente, que los vikingos ya utilizaban espato de

Islandia para ver la dirección del sol en días nublados para orientarse

durante sus largas expediciones a través el Atlántico Norte entre los

siglos IX y X, antes de la llegada de la brújula magnética a Europa en el siglo XII. Uno de los dispositivos más

ingeniosos de Charles Wheatstone fue el reloj polar expuesto en la reunión de la British Association for the

Advancement of Science en 1848.

La polarización también se utiliza en las películas de cine 3D, en las cuales las imágenes son proyectadas, o bien por

dos proyectores diferentes con filtros de polarización ortogonalmente orientados, o bien por un único proyector que

proyecta ambas imágenes alternativamente con planos de polarización perpendiculares entre sí mediante un

multiplexor. Las gafas con filtros polarizadores orientados de modo similar a los planos de polarización de las

imágenes proyectadas aseguran que cada ojo reciba sólo la imagen correcta. De igual manera, este efecto también es

usado para realizar proyecciones estereoscópicas, ya que no es muy caro de producir y permite realizar

visualizaciones de alto contraste. En ambientes donde el espectador se mueve, como en simuladores, a veces se

utiliza la polarización circular. Esto permite que la separación de ambos canales (correspondiente a cada uno de los

ojos del observador) no se vea afectada por la orientación del observador. El efecto 3-D sólo funciona proyectando la

imagen sobre una pantalla metálica que mantiene la polarización de los proyectores, mientras que la reflexión sobre

una pantalla de proyección normal anularía el efecto.

ArteVarios artistas visuales han trabajado con la luz polarizada y materiales birrefringentes para crear imágenes vistosas

y cambiantes. La más notable es la artista contemporánea Austine Wood Comarow,[2] cuyos trabajos de arte Polagehan sido expuestos en el Museo de la Ciencia (Museum of Science) de Boston, el Museo de Historia Natural y

Ciencia de Nuevo México (New Mexico Museum of Natural History and Science) en Albuquerque (Nuevo México),

y la Cité des Sciencies et de l'Industrie (Ciudad de Ciencia y de Industria) en París. Los trabajos del artista son

realizados cortando cientos de pequeños pedazos de celofán y otras películas birrefringentes y laminándolos entre

filtros polarizadores planos.

Lente 1

Lente

Una lente.

Tipos principales de lentes.

Las lentes son objetos transparentes(normalmente de vidrio), limitados pordos superficies, de las que al menosuna es curva.

Las lentes más comunes están basadasen el distinto grado de refracción queexperimentan los rayos al incidir enpuntos diferentes del lente. Entre ellasestán las utilizadas para corregir losproblemas de visión en gafas, anteojoso lentillas. También se usan lentes, ocombinaciones de lentes y espejos, entelescopios y microscopios. El primertelescopio astronómico fue construidopor Galileo Galilei usando una lenteconvergente (lente positiva) comoobjetivo y otra divergente (lentenegativa) como ocular. Existentambién instrumentos capaces de hacerconverger o divergir otros tipos deondas electromagnéticas y a los que seles denomina también lentes. Porejemplo, en los microscopioselectrónicos las lentes son de caráctermagnético.

En astrofísica es posible observar fenómenos de lentes gravitatorias, cuando la luz procedente de objetos muy lejanospasa cerca de objetos masivos, y se curva en su trayectoria.

EtimologíaLa palabra lente proviene del latín "lens, lentis" que significa "lenteja" con lo que a las lentes ópticas se las denominaasí por parecido de forma con la legumbre.

En el siglo XIII empezaron a fabricarse pequeños discos de vidrio que podían montarse sobre un marco. Fueron lasprimeras gafas de libros o gafas de lectura.

Tipos de LentesLas lentes, según la forma que adopten pueden ser convergentes o divergentes.

Las lentes convergentes (o positivas) son más gruesas por su parte central y más estrechas en los bordes. Sedenominan así debido a que unen (convergen), en un punto determinado que se denomina foco imagen, todo haz derayos paralelos al eje principal que pase por ellas. Pueden ser:

·BICONVEXAS

·PLANOCONVEXAS

Lente 2

·CÓNCAVO-CONVEXA

Las lentes divergentes (o negativas) son más gruesas por los bordes y presentan una estrechez muy pronunciada enel centro. Se denominan así porque hacen divergir (separan) todo haz de rayos paralelos al eje principal que pase porellas, sus prolongaciones convergen en el foco imagen que está a la izquierda, al contrario que las convergentes,cuyo foco imagen se encuentra a la derecha. Pueden ser:

·BICÓNCAVAS

·PLANOCÓNCAVAS

·CONVEXO-CÓNCAVAS

Lentes artificialesSe suele denominar lentes artificiales a las construidas con materiales artificiales no homogéneos, de modo que sucomportamiento exhibe índices de refracción menores que la unidad (conviene recordar que la velocidad de fase sípuede ser mayor que la velocidad de la luz en el vacío), con lo que, por ejemplo, se tienen lentes biconvexasdivergentes. Nuevamente este tipo de lentes es útil en microondas y sólo últimamente se han descrito materiales conesta propiedad a frecuencias ópticas.

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre lentes. Commons• La luz y sus propiedades - Lentes [1]

• Etimología [2]

• FDTD Animación de propagación de ondas electromagnéticas a través de lentes convexas (en y fuera de eje) [3]

en YouTube

Referencias[1] http:/ / www. educaplus. org/ luz/ lente1. html[2] http:/ / www. planetacurioso. com/ 2007/ 07/ 25/ cual-es-el-origen-de-la-palabra-lente[3] http:/ / www. youtube. com/ watch?v=4COYF4by8Sc

Espejo 1

Espejo

Vasija reflejada en un espejo.

Espejo egipcio. Louvre.

Un espejo (del lat. specullum) es una superficie pulida en la que al

incidir la luz, se refleja siguiendo las leyes de la reflexión.

El ejemplo más sencillo es el espejo plano. En este último, un haz de

rayos de luz paralelos puede cambiar de dirección completamente en

conjunto y continuar siendo un haz de rayos paralelos, pudiendo

producir así una imagen virtual de un objeto con el mismo tamaño y

forma que el real. La imagen resulta derecha pero invertida en el eje

normal al espejo.

También existen espejos curvos que pueden ser cóncavos o convexos.

En un espejo cóncavo cuya superficie forma un paraboloide de

revolución, todos los rayos que inciden paralelos al eje del espejo, se

reflejan pasando por el foco, y los que inciden pasando por el foco, se

reflejan paralelos al eje.

Los espejos son objetos que reflejan casi toda la luz que choca contra

su superficie debido a este fenómeno podemos observar nuestra

imagen en ellos.

Historia

Los espejos como utensilios de tocador y objeto manual fueron muy

usados en las civilizaciones egipcia, griega, etrusca y romana. Fue

usado en la cultura hebrea, era parte de la fuente de metal que estaba a

la entrada del Tabernáculo de la Reunión. Al lavarse los sacerdotes

podían ver sus imperfecciones (Exodo 38:7-9; 30:18; escrito

aproximadamente en el 1447 a. C). Se elaboraban siempre con metal

bruñido, generalmente cobre, plata o bronce, a este proceso se le

conoce como plateo. Tenían forma de placa redonda u oval, decorada

ordinariamente con grabados o relieves mitológicos en el reverso (los

romanos carecen de grabados, pero no de relieves) y con mango tallado

para asirlos cómodamente; de ellos, se conservan todavía muchos

ejemplares en algunos museos arqueológicos. Durante la alta Edad

Media, apenas se hizo uso del espejo, hasta que en el siglo XIII se

inventó la fabricación de los de vidrio y de cristal de roca sobre lámina

metálica (o con amalgama de plomo o estaño que son los espejosazogados), sin dejar por esto de construirse los de sólo metal hasta el

siglo XVIII.

El espejo, como mueble de habitación, empieza con el siglo XVI, pues aunque durante los dos siglos anteriores se

citan algunos ejemplares históricos apenas era conocido y su uso era poco corriente. En dicho siglo, se presenta con

marco elegante y pie artístico y ocupa lugar distinguido en el salón como objeto movible y de dimensiones

Espejo 2

Reflexión de los rayos de luz en un espejo plano.

Esquema de inversión de la imagen.

Esquema de un reflector.

reducidas. Hacia fines del siglo XVII las fábricas venecianas logran

construir espejos de gran tamaño y desde entonces sirven como objetos

singularmente decorativos en los salones, en los que ocupan un lugar

destacado.

Los espejos modernos consisten de una delgada capa de plata o

aluminio depositado sobre una plancha de vidrio, la cual protege el

metal y hace al espejo más duradero, ver plateado.

Fórmulas Físicas

Para una imagen formada por un espejo parabólico (o esférico de

pequeña abertura, donde sea válida la aproximación paraxial) se

cumple que:

en la que f es la distancia del foco al espejo, s la distancia del objeto al

espejo y s' la distancia de la imagen formada al espejo, se lee: «La

inversa de la distancia focal es igual a la suma de la inversa de la

distancia del objeto al espejo con la inversa de la distancia de la

imagen al espejo».

y

en la que m es la magnificación o agrandamiento lateral.

Supersticiones de los espejos

Desde el comienzo de la existencia de la humanidad, todo aquello que

reflejase la realidad, estaba ligado a lo esotérico y lo oculto. El verse

retratado a sí mismo en los espejos de agua, significó para los antiguos

pobladores de nuestro mundo, ver la imagen de la propia alma. Una

vez que se creó el espejo, este artefacto de adoración de muchos, pasó

a ser otro objeto relacionado con fenómenos paranormales y rituales,

tanto religiosos como paganos. Los espejos también han sido

considerados portales que comunican al más allá, o hacia otro mundo

similar al nuestro, pero donde nada es lo que parece. Muchos son los

relatos de personas que afirman haber visto reflejados en ellos a seres que en realidad no estaban allí, o a familiares

que recién habían fallecido y se presentaban a modo de despedida. Según citan los antiguos escritos, se los ha usado

para adivinar el futuro, como si se tratase de oráculos. Los adivinos de siglos pasados, sumergían en agua un espejo

de plata, y según la claridad que podía apreciarse del reflejo, era señal de que una persona tendría larga vida o una

existencia corta y penosa. Sea cual fuere la verdad en este caso, las miles de leyendas fantásticas que rondan en torno

a estos artefactos capaces de reflejar nuestra realidad al revés de como la vemos, han traspasado la barrera de los

siglos, culturas y creencias, instaurándose en la conciencia popular.