optica naturaleza de la luz

8/16/2019 Optica Naturaleza de La Luz

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALINSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESIA – TICOMANESIA – TICOMAN

CIENCIAS DE LA TIERRACIENCIAS DE LA TIERRA




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INTRODUCCIÓN:

NATURALEZA DE LA LUZ

ÓPTICA: DEFINICIONES Y DIVISIONES


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IntroduccinEl estudio de las distintas teorías que a lo largo de la Historia han surgido parainterpretar los fenómenos luminosos es un buen ejemplo que ilustra la evolucióndel método seguido por los científicos: siempre abierto a cambios y sometido a laprueba definitiva de la verificación experimental.

V!


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Mod"#o or$%nici!t%

os primeros modelos físicos se basaban fundamentalmente en analogías sacadas delcomportamiento de los seres vivos de aquí que algunos autores califiquen a esta etapa dela !iencia con el término de organicista.

os autores de la antig"edad cl#sica no resolvieron el dilema emisor$receptor al referirse a

la naturale%a de la lu%.

&o estaban de acuerdo sobre si los rayos pasan del objeto al ojo o del ojo al objeto.D"&crito' Ari!tt"#"!' E(ic)r"o y Lucr"cio eran partidarios de la primera teoría'mientras que Euc#id"!' E&(*doc#"! + To#o&"o lo eran de la segunda.

a idea de la emisión de rayos visuales fue indudablemente (til y avan%ada para su tiempo'

ya que permitió elaborar una teoría acertada de la formación de las im#genes en losespejos


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Mod"#o &"c%nici!t% )in embargo' a partir de N",ton' la *ísica se hi%o mecanicista en el sentido de queeran modelos mec#nicos' basados en materia y movimiento' los que surgían parainterpretar los hechos observados. +eferente a esta tendencia es famosa la frase deord ,elvin: "Nunca estoy satisfecho hasta que consigo el modelo mecánico de una

cosa. Si puedo construir un modelo mecánico, entiendo el fenómeno".

a cuestión de si la lu% est# formada por partículas o es un cierto tipo de movimientoondulatorio fue una de las m#s interesantes de la historia de la ciencia. Entre losdefensores de la teoría corpuscular se encuentra N",ton. !on ella pudo explicar lasleyes de la reflexión y de la refracción. -efensores destacados de la teoríaondulatoria fueron C-ri!ti%n .u+$"n!' Ro/"rt .oo0" + T-o&%! Youn$


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Mod"#o conc"(tu%#a tendencia de la *ísica actual es cada ve% mayor hacia esquemas conceptuales queparten de im#genes mentales expresadas a veces en términos matem#ticos. Esto' encierta medida' es una vuelta a la elaboración científica de los filósofos de la época delesplendor griego /latón y 0ristóteles1' aunque con una considerable diferencia que

radica en la ausencia de implicaciones metafísicas de la *ísica moderna' presentes'por otra parte' en todos los ra%onamientos de los filósofos a que nos hemos referido.

Estas tres etapas que pueden se2alarse en la evolución de la !iencia *ísica aparecenbastante claras en el estudio de los distintos procesos que han llevado a la idea queactualmente se tiene sobre la naturale%a de la lu%. En esencia sólo son dos losmodelos que se han dado para interpretar los fenómenos luminosos:

el que considera a la lu% como una partícula material modelo corpuscular1.el que considera a la lu% como una onda de propagación modelo ondulatorio1.Estos modelos se han considerado antagónicos pero' sin embargo' en la actualidad seha llegado a una situación que en ciertos aspectos engloba ambas concepciones y lasideas que han surgido en este campo' adem#s de interpretar todos los fenómenosluminosos' han abierto un nuevo panorama en la interpretación del mundo físico.


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Ari!tot"#"! 1 To&o! R"2#"3in1 To&o! R"2#"3in

."ro d" A#"4%ndr5% 6!i$#o 7 %8 c89."ro d" A#"4%ndr5% 6!i$#o 7 %8 c89 C%to(tric!;C%to(tric!;

C#%udiu! Pto#o&"o 67


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Primeras Ideas y ObservacionesPrimeras Ideas y Observaciones

$ Pro(%$%cin R"cti#5n"%Pro(%$%cin R"cti#5n"%

$ R"2#"3inR"2#"3in

$ R"2r%ccinR"2r%ccin$T"or5% d" #% LuT"or5% d" #% Lu

Modelos de PartículasModelos de Partículas

= D"!c%rt"!= D"!c%rt"!

= F"r&%t= F"r&%t 6Princi(io d" F"r&%t96Princi(io d" F"r&%t9= Lon$itud Tr%+"ctori% (tic%= Lon$itud Tr%+"ctori% (tic%

= For&% M%t"&Gtic%= For&% M%t"&Gtic%

= L"+ d" R"2r%ccin= L"+ d" R"2r%ccin

= N",ton= N",ton


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CIENCIAS DE LA TIERRACIENCIAS DE LA TIERRAModelo de OndasModelo de Ondas

= M%t"&Gtic%! d" #% (ro(%$%cin Ondu#%tori%= M%t"&Gtic%! d" #% (ro(%$%cin Ondu#%tori%= O!ci#%cin Si&(#"= O!ci#%cin Si&(#"

= Ecu%cin d" Ond%= Ecu%cin d" Ond%

= Princi(io d" Su("r(o!icin= Princi(io d" Su("r(o!icin

= Ond% Ar&nic%= Ond% Ar&nic%

= Ecu%cin d" Ond% 1D= Ecu%cin d" Ond% 1D= P"rtur/%cion"! P#%n%!= P"rtur/%cion"! P#%n%!

= P"rtur/%cion"! E!2*ric%!= P"rtur/%cion"! E!2*ric%!

= Pri&"r%! T"or5%! Ondu#%tori%!= Pri&"r%! T"or5%! Ondu#%tori%!

= .H+$"n!= .H+$"n!

= Princi(io= Princi(io= Pru"/%! d" L"+"! Ó(tic%!= Pru"/%! d" L"+"! Ó(tic%!

= R"#%cin con otr%! t"or5%!= R"#%cin con otr%! t"or5%!

= E3("ri&"nto! D"2initio!= E3("ri&"nto! D"2initio!

= Youn$= Youn$

= Fr"!n"##= Fr"!n"##= Otro! d"!%rro##o!= Otro! d"!%rro##o!


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Modelos de Onda ElectromagnéticaModelos de Onda Electromagnética

= Ec8 D" M%3,"##= Ec8 D" M%3,"##

= R"#%cion"! Int"$r%#"!= R"#%cion"! Int"$r%#"!

= For&% Di2"r"nci%#= For&% Di2"r"nci%#

= Ec d" Ond% E#"ctro&%$n*tic%= Ec d" Ond% E#"ctro&%$n*tic%= Cr%ct"ri!tic%! d" #% OE= Cr%ct"ri!tic%! d" #% OE

Desarrollos ModernosDesarrollos Modernos

= Ó(tic% r"#%tii!t%= Ó(tic% r"#%tii!t%

= Ó(tic% CuGntic%= Ó(tic% CuGntic%


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3ptica 4eométrica: 5étodo de los rayos de lu%

3ptica *ísica: &aturale%a de la lu% involucrando la teoría de ondas

3ptica !u#ntica: 6nteracción de la lu% con partículas atómicas aplicandométodos de la mec#nica cu#ntica

ÓPTICA

+ama de la física que se dedica al estudio de la lu%


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C

D

A J

<

K

L"+ d" R"2#"3in: Pru"/% d" ."roL"+ d" R"2#"3in: Pru"/% d" ."ro

A J

C

<

D

K

P P

K7

'''' PoP SoP So Po =⇒=

A J

C

<

D

K

P P

K

''θ θ =

7 ='' PoP 5enor -istancia

D

A J

C

<

K

P PK

C

7


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R%+o Lu&ino!o:R%+o Lu&ino!o: !oncepto fundamental de la óptica geométrica' que proponeque la lu% se propaga en líneas rectas que definen su trayectoria a partir de unafuente puntual

8Explica el comportamiento de la lu% en elmicroscopio.

8/ermite el estudio aproximado defenómenos luminosos.

8)oporta el tratamiento 4eométrico

8)olo una 0bstracción.

8&o refleja la realidad.

V"nt%4%!: D"!"nt%4%!:


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Nocion"! d" Ó(tic% "o&*tric%Nocion"! d" Ó(tic% "o&*tric%

Princi(io! Fund%&"nt%#"!Princi(io! Fund%&"nt%#"!

8/ropagación +ectilínea de la u%.

8eyes de -escartes8+eflexión

8+efracción

8/rincipio del retorno inverso de la lu%.

89eorema de 5alus.

8/rincipio de Huygens


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Pro(%$%cin R"cti#5n"% d" #% Lu8Pro(%$%cin R"cti#5n"% d" #% Lu8

En un medio homogéneo e isotrópico la lu% se propaga en forma de rayos rectos eindependientes unos de otros.

I!otr(icoAni!otr(ico


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L"+"! d" D"!c%rt"!L"+"! d" D"!c%rt"!

Si !" ti"n" un% int"r2%!" "ntr" do! &"dio! -o&o$*n"o! i!otr(ico! A + J' % tr%*! d"#o! cu%#"! !" (ro(%$% un r%+o d" #u &onocro&Gtic% con "#ocid%d"! 7 + ?'r"!("cti%&"nt":

8 Lo! r%+o! incid"nt"' r"2#"4%do + r"2r%ct%do' %!5 co&o #% nor&%# % #%

int"r2%!"' !" "ncu"ntr%n "n "# &i!&o (#%no88Lo! Gn$u#o! d" incid"nci% 6i9 ' d" r"2#"3in 6i9 + d" r"2r%ccin 6r9 &%nti"n"n#%! !i$ui"nt"! r"#%cion"!

A

J<

i

V7 V?

i

r

)i ii;)en i)en r n<

n=

-onde:

n<n=

v=v


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>>


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M"dio .o&o$*n"o I!otr(icoM"dio .o&o$*n"o I!otr(icoM"dio .o&o$*n"o Ani!otr(icoM"dio .o&o$*n"o Ani!otr(ico


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Princi(io d"# R"torno In"r!o d" #% LuPrinci(io d"# R"torno In"r!o d" #% Lu

Es una consecuencia directa de las leyes de -escartes y dice: 7los trayectos recorridospor la lu% pueden efectuarse en un sentido o en el inverso?. Es decir que son

independientes del sentido de propagación


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T"or"&% d" M%#u!T"or"&% d" M%#u!

os rayos de lu% que provienen de una fuente puntual y que se transmitenen un medio homogéneo isotrópico son normales a la superficie de ondasuperficie de onda@@ deese medio.

@ )uperficie que resulta de unir todos los puntos extremos de una@ )uperficie que resulta de unir todos los puntos extremos de unavibración después de un tiempo t de haber producido unavibración después de un tiempo t de haber producido una

perturbación en un medio homogéneoperturbación en un medio homogéneo

Su("r2ici" d" ond%Su("r2ici" d" ond%

&ormal de onda&ormal de onda

/lano tangente a la/lano tangente a lasuperficie de ondasuperficie de onda

Princi(io d"Princi(io d".u+$"n!.u+$"n!


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