Fundamentos de óptica

3.1.¿Que es la luz?

La óptica es la parte de la física que estudia la luz y los fenómenos relacionados con ella, y su estudio comienza cuando el hombre intenta explicarse el fenómeno de la visión.

Desde siempre la física ha intentado explicar los fenómenos que experimenta la luz, destacando científicos como Newton, Huygens, Fresnel, Young, Millikan, Einstein y muchos más. La principalcaracterística que se concluyó de los fenómenos experimentados por la luz fue la doble naturaleza que presenta; naturaleza ondulatoria (de ondas) cuando se propaga, y naturaleza corpuscular (de partículas) cuando interactúa con la materia. Este postulado es uno de los principios básicos de la mecánica cuántica.

Diferentes teorías se han ido desarrollando para interpretar la naturaleza de la luzhasta llegar al conocimiento actual. Las primeras aportaciones conocidas son las de Lepucio (450 a.C.) perteneciente a la escuela atomista, que consideraban que los cuerpos eran focos que desprendían imágenes, algo así como halos oscuros, que eran captados por los ojos y de éstos pasaban al alma, que los interpretaba.

Los partidarios de la escuela pitagórica afirmaban justamente lo contrario: noeran los objetos los focos emisores, sino los ojos. Su máximo representante fue Apuleyo (400 a.C.); haciendo un símil con el sentido del tacto, suponían que el ojo palpaba los objetos mediante una fuerza invisible a modo de tentáculo, y al explorar los objetos determinaba sus dimensiones y color.

Dentro de la misma escuela, Euclides (300 a.C.) introdujo el concepto de rayo de luz emitido por elojo, que se propagaba en línea recta hasta alcanzar el objeto.

3.1.1.Luz

Luz se define como una onda electromagnética compuesta por fotones (partículas energizadas), cuya frecuencia y energía determinan la longitud de onda de un color que puede ser percibido por el ojo humano. El concepto es estudiado por la física, específicamente una ciencia a la que llaman óptica, que aborda elcomportamiento, características y manifestaciones de la luz.

Los colores dan origen a lo que llaman como espectro electromagnético que consiste en una distribución de las energías de las radiaciones electromagnéticas. Se ordena de menor a mayor longitud de ondas (ultravioleta – infrarrojo). Dentro del espectro electromagnético existe una zona llamada espectro visible, que es la región que el ojo humano escapaz de percibir, y en la que a cada longitud de onda se le atribuye un color. A la radiación electromagnética que se ubica en esta zona del espectro electromagnético se le llama luz. El espectro visible, no posee límites, pero por lo general el ojo humano sólo es capaz de ver longitudes de ondas que van desde el 400 a 700 nanómetros (nm).
La luz tiene la capacidad de transportarse en el vacío.Su velocidad es una constante universal, conocida como la constante de Einstein, cuyo valor es 299.792.458 m/s y se aproxima a 300.000 km/s. Esta cifra varía si no es en el vacío. En la materia, dependerá de la estructura molecular de ésta, específicamente de sus propiedades electromagnéticas (permeabilidad eléctrica y magnética), pues éstas pueden presentar valores diferentes para distintaslongitudes de ondas o frecuencias de la luz.

3.1.2.Propiedades de La Luz

Una de las propiedades de la luz más evidentes a simple vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte de esta premisa para predecir la posición de la luz, en un determinadomomento, a lo largo de su transmisión.
De la propagación de la luz y su encuentro con objetos surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a continuación una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma que, relativamente, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una sombra...