Óptica

ÓPTICA
Introducción

La óptica es la parte de la física que estudia los fenómenos producidos por las radiaciones electromagnéticas visibles, que se manifiestan a través de su doble naturaleza de ondas y corpúsculos materiales.
Todos los tipos de radiación electromagnética conocidos tienen en común su velocidad de propagación en el vacío (2,99793 · 108 km/s), valor constante que constituye unode los paradigmas de la física teórica.
La óptica se centra principalmente en el estudio de la naturaleza de la luz, que posee propiedades y características propias de las ondas. Por tanto, podría definirse la óptica como el área de la física dedicada al estudio de los fenómenos producidos por la luz visible o energía radiante que podemos percibir por la retina de nuestros ojos.
Hipótesis sobrela naturaleza de la luz
La naturaleza de los efectos luminosos ha sido objeto de controversia desde los albores de la ciencia. En la física moderna, la idea de la luz compuesta por partículas materiales, defendida, entre otros, por Isaac Newton en su obra Opticks (1704), fue duramente contestada. Christiaan Huygens y otros científicos propusieron una teoría que propugnaba que la luz era un merofenómeno ondulatorio. La historia se encargó de demostrar que ambos enfoques eran complementarios: según la doctrina electromagnética y la teoría cuántica más avanzada, la luz está formada, al igual que los restantes tipos de radiación electromagnética no visible, por partículas sin masa llamadas fotones que comparten en su movimiento las propiedades de los fenómenos ondulatorios.
Teoríaelectromagnética
Los trabajos de Thomas Young y Augustin-Jean Fresnel en el siglo XIX reafirmaron la idea previamente propuesta por Robert Hooke de que las ondas luminosas son transversales, es decir, que la vibración de las partículas que emiten luz es perpendicular a la dirección del desplazamiento de onda. Este resultado contradecía los postulados vigentes y planteaba incógnitas que los modelosaceptados eran incapaces de resolver:

Esta contradicción se resolvió en 1873 cuando el británico James Maxwell enuncio la teoría electromagnética de la luz. Según esta hipótesis, el paso de un tren de ondas luminosas implica fluctuaciones periódicas de los campos eléctricos y magnéticos y no vibraciones materiales.
La teoría de Maxwell adquirió plena aceptación con los trabajos de Heinrich Hertz en1887. Utilizando un circuito oscilante de reducidas dimensiones, Hertz consiguió producir ondas electromagnéticas que mostraban idénticas propiedades que la luz, dando por comprobada la naturaleza electromagnética de las ondas luminosas.
Teoría cuántica
El físico alemán Max Planck (1858-1947) propuso en 1900 la hipótesis cuántica, que revolucionaria las bases de la física teorica. Según estahipótesis, la emisión de energía por los cuerpos no es continua, sino que se realiza por paquetes o cuantos de acción cuya energía viene dada por la expresión:
E = h · f
siendo f la frecuencia de la radiación, y h, un parámetro denominado constante de Planck y cuyo valor es:
h = 6,6256 · 10-34 J· s
La teoría cuántica, inicialmente recibida con cierta frialdad en los círculos científicos, fueadmitida a escala global cuando demostró su validez en la explicación de los fenómenos subatómicos luminosos.
Fue Albert Einstein quien se encargó de aplicar la teoría de cuantos al estudio de la luz. Llamó fotones a esos cuantos de luz, con lo que el producto de su frecuencia por la constante de Planck sería la energía asociada a cada uno de ellos. Según estas consideraciones, la luz sería unacorriente de fotones (corpúsculos) de energía hf, a la que se asociaría una radiación de frecuencia f. esta idea se aplicaría también al resto de las partículas subatómicas, en la llamada hipótesis de la dualidad corpúsculo-onda.
Así pues, el fotón se caracteriza por su longitud de onda λ y frecuencia f, y la onda, por su cantidad de movimiento (p=m·c) y por su energía (E = hf). Entre todas estas...