Optica Fisica

Tema 9: ÓPTICA FÍSICA

1. Óptica física
• Óptica geométrica. Se basa en el concepto de rayo y en
la naturaleza corpuscular de la luz (Newton s. XVII):
– La luz está formada por partículas que viajan en línea recta a
gran velocidad
– Utiliza las leyes de la reflexión y de la refracción
– No estudia la energía asociada a la luz => No explica las
interferencias, la difracción y la polarización.

•La óptica física se basa en la teoría ondulatoria de la luz:
– Propuesta por Huygens (s. XVII) y confirmada por Young (hacia
1804) y desarrollada por Fresnel.
– Maxwell (XIX) admite que la luz es una onda electromagnética
que se propaga en el éter (fluido transparente que llena todo
incluso el vacío)

• Einstein (1905) admite que las ondas electromagnéticas
se propagan en el vacío sin necesidaddel éter.

Teoría ondulatoria de la luz:
• Supone que la luz es una onda electromagnética
(transversal); producida por la perturbación de campos
eléctricos y magnético, que viaja en cualquier medio;
incluso en el vacío.
• Utiliza los conceptos: amplitud, frecuencia, longitud de
onda, velocidad de propagación, frente de onda y
dirección de propagación.
• Se basa en el Principio de Huygens ....
• Losfrentes de onda son esferas concéntricas, alrededor
del foco origen de la onda.
• Explica los fenómenos: reflexión, refracción,
interferencias, difracción y polarización.

2. Interferencias luminosas
(*) Requisitos para que se produzcan:
• Los focos deben se coherentes (diferencia de fase Cte)
• Ondas monocromáticas (de una sola λ)
• La mayoría de las fuentes luminosas habituales no soncoherentes:
la luz se produce en los átomos en forma de pequeños paquetes de
ondas (fotones) cuya fase es aleatoria.
(*) Experiencia de la doble rendija de Young (1801-1803):
• Permitió erradicar el modelo corpuscular de la luz.
• Utilizó luz monocromática que atravesaba dos rendijas (las ondas
que salen de ambas rendijas son coherentes) y después interfería
sobre una pantalla formando franjas claras yoscuras.
• Si la luz estuviera formada por partículas: zona oscura, zona de
penumbra y zona brillante (figuras pág. 294).
• Young observó zonas brillantes y oscuras alternándose (hacer
dibujo en la pizarra y ver fotocopia)
• Simulación

Como en la interferencia de cualquier onda, se observan máximos y
mínimos de amplitud:
a. Interferencia constructiva.
• Se produce cuando las ondas están en fase.
•Las amplitudes se suman y la intensidad es máxima => zonas más
brillantes (franjas claras).
• Se cumple: |x1 - x2| = n λ
(n = 0, 1, 2, 3, ...)
b. Interferencia destructiva
• Se produce cuando las ondas están en oposición de fase
• Las amplitudes se restan y la intensidad es mínima => zonas más
oscuras (incluso nulas) (franjas oscuras).
• Se cumple: |x1 - x2| = (2n + 1) λ/2
(n = 0, 1, 2, ...)
• An se le llama orden interferencial.
• La franja brillante central corresponde a n = 0; el primer máximo por
encima y por debajo de la franja central corresponde a n = 1; etc.

3. Difracción de la luz
• Fue descubierta por Grimaldi (s. XVII)
• (*) Se produce al hacer pasar un rayo de luz por un rendija o incidir
sobre un obstáculo cuyas dimensiones sean próximas a λ (figura
pág. 296).
• Fenómenoscotidianos: las estrellas y bombillas alejadas se ven
estrelladas por la difracción de la luz en las pequeñas
irregularidades en la pupila del ojo; farola en la niebla o través de un
cristal empañado.
• Es un fenómeno típico de las ondas y no de las partículas.
• Se obtienen figuras de interferencia (ondas que atraviesan por el
centro y las emitidas por los bordes u obstáculos).

4. Polarizaciónde la luz
• Descubierta en 1679 por Erasmus Bartholin: las imágenes
obtenidas al atravesar en un cristal de calcita son dobles. (fig. pág
298).
• Al atravesar la luz ciertas láminas o cristales transparentes "se
pierde luz" y al colocar dos de estas láminas giradas 90º se
extingue la luz (ver fig. 46.7 de las fotocopias).
• Simulación
• (*) La explicación de estos fenómenos (Fresnel):
– la luz...