Este documento trata sobre la óptica, que analiza las propiedades de la luz. Explica que existen tres teorías sobre la naturaleza de la luz: la teoría corpuscular, la teoría ondulatoria y la teoría cuántica. También describe fenómenos ópticos como la reflexión, refracción, interferencia, difracción y polarización. Finalmente, introduce conceptos como el espectro electromagnético, la fotometría y la iluminación.

1. LA ÓPTICA

2. Qué es la
Óptica?
Es la rama de la física que
analiza las características y
las propiedades de la luz,
estudiando cómo se
comporta y se manifiesta.

4. Qué es la
luz?
Es una radiación
electromagnética (del mismo
tipo que las que a veces nos
hacen mucho daño). El
espectro electromagnético
incluye desde los rayos gamma
hasta las ondas de radio.

6. TEORÍAS ACERCA
DE LA NATURALEZA
DE LA LUZ

7. Teoría corpuscular
(Newton) Esta teoría estudia la luz como si se tratase de un torrente de partículas
que no poseen carga ni masa, llamadas fotones, capaces de portar todas las
formas de radiación electromagnética. Surgió debido a que la luz sólo intercambia
energía con la materia en forma discreta, durante sus interacciones. Fenómenos
que ayudan al desarrollo de tal teoría son la radiación de un cuerpo negro; el
efecto fotoeléctrico (se desprenden electrones de la luz); y el efecto Compton (los
rayos x desprendían electrones).
Todos estos efectos son desarrollados en esta teoría puesto que la teoría de la física
clásica no logro explicarlas. Esta teoría no explica Anillos de Newton, Teoría
ondulatoria, los fenómenos de interferencia y difracción.

8. Teoría ondulatoria
(Hyugens, Fresnell) Esta teoría considera que la luz es
una onda Electromagnética, consistente en un campo
eléctrico que varía en el tiempo generado a su vez un
campo magnético y viceversa, ya que los campos
eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de
Ampére) y los campos magnéticos variables generan
campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma se
logra propagar indefinidamente a través del espacio.
Fenómenos que ayudan al desarrollo de esta teoría son la
refracción, difracción y las interferencias.
Esta teoría no logro explicar algunos efectos como los
desprendimientos de los electrones en la luz, al
interaccionar con la materia.

9. Teoría Cuántica
En la necesidad de reconciliar la teoría ondulatoria con la teoría corpuscular dando como consecuencia la
aparición de nuevas teorías como la cuántica.
Paul Dirac dio el primer paso con su ecuación de ondas que aportó una síntesis de las teorías ondulatorias
y corpusculares, ya que siendo una ecuación de ondas electromagnéticas su solución requería ondas
cuantizadas, es decir, partículas.
Dentro de esta teoría encontramos los efectos relativistas que son: luz en movimiento y distorsiones
espectral.
Luz en movimiento es uno de los casos en los que la teoría de la física clásica no había resuelto por lo que
en la teoría cuántica se dio solución gracias a Augustin Fresnel quien con sus experimentos logro calcular
la velocidad de la luz en determinadas sustancias y fluidos como el agua. (A través del índice de
refracción).
La dispersión espectral habla del desplazamientos de los espectros, tanto los que provienen de cuerpos
celestes como los de laboratorio y de este modo pudo llegar a la observación del movimiento que hacen
las nebulosas y concluyo en la interpretación del efecto doppler debido a la expansión continua del
universo. Gracias a todo esto pudo proponer la fórmula para calcular la distancia entre los objetos,
analizando el movimiento del espectro.

10. Divisiones de la óptica
Óptica física Óptica geométrica
La óptica física es la rama de la
óptica que toma la luz como una
onda y explica algunos fenómenos
que no se podrían explicar tomando
la luz como un rayo
Es el estudio de las imágenes, producidas por
refracción o por reflexión de la luz. Usa la noción de
rayo luminoso; es una aproximación del
comportamiento que corresponde a las ondas
electromagnéticas.

11. Óptica electrónica
Estudia la modificación en la
trayectoria de los haces de
electrones por medio de
campos magnéticos
generados principalmente por
condensadores (llamados
lentes electromagnéticos) y
que permiten el uso de los
electrones para observar
objetos muy pequeños en lo
que llamamos microscopios
electrónicos, telescopios
electrónicos (radio
telescopios), lentes infrarrojas y
algunos incluyen al mismo
televisor.

12. Óptica geométrica
Es un modelo matemático y aproximado para el estudio
de la luz desde un punto de vista de su propagación
como energía radiante. Prescinde de la naturaleza
ondulatoria de la luz (y corpuscular) e impone que la luz
(la energía radiante), se propaga a lo largo de ciertas
líneas llamadas rayos.

13. Propagación rectilínea de la luz
La luz es emitida por las fuentes luminosas. se propaga en
línea recta, y la línea recta de propagación se denomina
rayo luminoso. Se usan líneas rectas para representar las
ondas luminosas y explicar la existencia de sombras,
penumbras y eclipses.

14. Velocidad de la luz
En 1849, el físico francés Hippolyte Fizeau realizó
la primera determinación precisa de la velocidad
de la luz. Fizeau obtuvo un valor de 3,1·105 km/s.
Actualmente, diversos métodos muy precisos han
permitido aceptar para la velocidad de la luz el
valor de 2,9979·108 m/s.

15. Espectro electromagnético
Se 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
electromagnética que emite (espectro de emisión)
o absorbe (espectro de absorción) una sustancia.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de
menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X,
pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos
infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud
de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para
la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck
mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo
aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y
continuo. Las ondas
electromagnéticas
de alta frecuencia
tienen una longitud
de onda corta y
energía alta; las
ondas de frecuencia
baja tienen una
longitud de onda
larga y energía baja.

16. Reflexión y espejos
Cuando la luz incide sobre un cuerpo, éste la devuelve al medio en
mayor o menor proporción según sus propias características. Este
fenómeno se llama reflexión y gracias a él podemos ver las cosas.
Un rayo de luz incide sobre una superficie y lo hace formando un
ángulo con la normal (línea perpendicular a la superficie en el
punto de incidencia) que se denomina ángulo de incidencia. El
rayo reflejado forma también un ángulo con la normal, llamado
ángulo de reflexión. Estos ángulos cumplen las leyes de la
reflexión.

17. Se distingue dos tipos de reflexión:
Reflexión especular: la luz se refleja sobre una
superficie pulimentada, como un espejo.
Reflexión difusa: la luz se refleja sobre una
superficie rugosa y los rayos salen rebotados en
todas direcciones.
Hay tres tipos de espejos:
● Planos: si el espejo no presenta curvatura
diremos que es un espejo plano.
● Cóncavos o divergentes: si la curvatura de un
espejo es "hacia adentro" desde el punto de vista
observado diremos que es un espejo cóncavo.
● Convexos o convergentes: si la curvatura de un
espejo está "hacia afuera" desde el punto de vista
observado diremos que es un espejo convexo.

18. Refracción y lentes
Es cambio que experimenta la dirección de
propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la
superficie de separación de dos medios transparentes de
distinta naturaleza. La mayor parte de los instrumentos
ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno
óptico.
Si dividimos la velocidad de la luz en el vacío entre la que tiene
en un medio transparente obtenemos un valor que llamamos
índice de refracción de ese medio..

19. Dispersión
En física se denomina dispersión al fenómeno de separación
de las ondas de distinta frecuencia al atravesar un material.
Cuando un haz de luz blanca procedente del sol atraviesa un
prisma de cristal, se convierte en un espectro electromagnético
en el cual las radiaciones coloreadas se hallan expuestas sin
solución de continuidad, en el orden de su longitud de onda, que
es el de los siete colores ya propuestos por Isaac Newton:
violeta, índigo, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo (Así
como, en ambos extremos del espectro, el ultravioleta y el
infrarrojo, que no son directamente visibles por el ojo humano,
pero que impresionan las placas fotográficas). Es sabido desde
la antigüedad que la luz solar, al pasar por cristales
transparentes o joyas de varias clases, produce brillantes
colores.

20. Óptica física
La óptica física es la rama de la física que toma la luz
como una onda y explica algunos fenómenos que no se
podrían explicar tomando la luz como un rayo. La
Óptica se encarga de estudiar el comportamiento de la
luz.
Es, también, una de las ramas más antiguas: los
fenómenos de reflexión y refracción se conocen desde
la antigüedad, y genios como Newton dedicaron
grandes esfuerzos a su estudio. La historia de la óptica
cambió radicalmente con Maxwell, que relacionó la luz
con las ondas electromagnéticas, dando lugar a la
óptica física.

21. Difracción
La difracción es un fenómeno
característico de las ondas que se basa
en la desviación de estas al encontrar un
obstáculo o al atravesar una rendija. La
difracción ocurre en todo tipo de ondas,
desde ondas sonoras, ondas en la
superficie de un fluido y ondas
electromagnéticas como la luz visible y
las ondas de radio. También sucede
cuando un grupo de ondas de tamaño
finito se propaga; por ejemplo, por causa
de la difracción, el haz colimado de ondas
de luz de un láser debe finalmente
divergir en un rayo más amplio a una
cierta distancia del emisor.

22. Interferencia
La interferencia es un fenómeno en el que dos o
más ondas se superponen para formar una onda
resultante de mayor o menor amplitud. El efecto
de interferencia puede ser observado en
cualquier tipo de ondas, como luz, radio, sonido,
ondas en la superficie del agua, etc.
Puede producir aleatoriamente aumento,
disminución o neutralización del movimiento.
La forma más sencilla de estudiar el fenómeno de la
interferencia es con el denominado experimento de Young
que consiste en hacer incidir luz monocromática (de un
solo color) en una pantalla que tiene rendija muy estrecha.
La luz difractada que sale de dicha rendija se vuelve a
hacer incidir en otra pantalla con una doble rendija. La luz
procedente de las dos rendijas se combina en una tercera
pantalla produciendo bandas alternativas claras y oscuras.

23. Polarización
El fenómeno de la polarización se
observa en unos cristales
determinados que individualmente
son transparentes. Sin embargo, si
se colocan dos en serie, paralelos
entre sí y con uno girado un
determinado ángulo con respecto al
otro, la luz no puede atravesarlos.

24. Fotometría
La fotometría proporciona una
medida directa del flujo de
energía recibido de los objetos
celestes en un intervalo de
longitud de onda.
• Mucho menos exigente en
tiempo de observación que la
espectroscopia ya que se
integra el flujo en una banda.

26. • La fotometría visual emplea
como detector el ojo.
• Las observaciones son a
simple vista el límite es m=6. •
Empleando un telescopio se
pueden
observar estrellas más débiles.

27. Flujo
luminoso
La mayoría de las fuentes de luz emiten energía
electromagnética distribuida en múltiples longitudes de onda.
Se suministra energía eléctrica a una lámpara, la cual emite
radiación. Esta energía radiante emitida por la lámpara por
unidad de tiempo se llama potencia radiante o flujo radiante.
Solo una pequeña porción de esta potencia radiante se
encuentra en la región visible: en la región entre 400 y 700 nm.
El sentido de la vista depende tan solo de la energía radiada
visible o luminosa por unidad de tiempo.
NOTA: El flujo luminoso F es la parte de la potencia radiante
total emitida por una fuente de luz que es capaz de afectar el
sentido de la vista.

29. Intensidad
luminosa
La intensidad luminosa es el concepto de la
concentración de luz en una dirección
específica, radiada por segundo.
Se designa con el símbolo I. La unidad es la
candela (cd).
La intensidad luminosa puede definirse como:
El flujo luminoso en una determinada dirección,
radiado por unidad de ángulo sólido.

31. Iluminación
-La iluminación se lleva a cabo a través de diversos
elementos ,artefactos como lámparas
incandescentes (también conocidas como
bombillas, bombitas o focos), lámparas
fluorescentes o lámparas halógenas. Estas últimas
son especialmente utilizadas en oficinas, dado que
consumen menos energía que las convencionales, y
se caracterizan por emitir una luz muy intensa y poco
considerada con las arrugas y demás defectos
faciales que la gente suele intentar esconder.

33. Ley de la
Iluminación
La iluminación que recibe una superficie varía
inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia d que existe entre la fuente y la
superficie y directamente proporcional a la
intensidad de la fuente luminosa.
E = I/d²
donde: E= Iluminación
I= Intensidad de la fuente luminosa
d= distancia entre la fuente luminosa y la superficie

34. La lupa
La lupa es un instrumento óptico que aumenta lo
que vemos, a corta distancia, siendo mayor el
aumento según el tamaño del cristal. El uso de
la lupa es variado, en el colegio, y en
profesiones u oficios que requieren aumentar la
visión de los pequeños detalles de una pieza,
como en imprenta, filatelia o numismática.
También en oficios como electrónica y otros
artesanales, como la joyería, donde se hace
necesario el aumento de una pequeña pieza
para moldear los detalles.

35. Origen e Historia de la lupa
La lupa se remonta al siglo X, con los trabajos del físico
musulmán Abu Ali al-Hasan Ibn Al-Haitham (Alhazen, en
español), uno de los pocos científicos reconocidos en la
edad media, conocido principalmente por sus trabajos y
estudios de óptica. También hay evidencias del uso de
lentes por los chinos en el siglo XX. El inglés Robert Bacon
es conocido por ser el primer occidental en usar lentes para
mejorar la visión.
En general, la historia de la lupa está asociada al uso de
lentes para la visión, que se empezaron a popularizar, sobre
todo, en el siglo XV, con la llegada de la imprenta.

39. EL ojo humanos y la visión. Miopía e
hipermetropía
El ojo humano es un sistema óptico
formado por un dioptrio esférico y una
lente, que reciben, respectivamente, el
nombre de córnea y cristalino, y que son
capaces de formar una imagen de los
objetos sobre la superficie interna del
ojo, en una zona denominada retina, que
es sensible a la luz.

40. El ojo miope tiene un sistema óptico con un exceso de convergencia.
El foco está delante de la retina cuando el ojo está relajado, sin efectuar acomodación, y al
alcanzar la máxima acomodación está más cerca del cristalino que en el ojo normal.
La persona miope no ve bien de lejos. Al estar el punto focal del ojo más cerca de la córnea
que en un ojo normal, los objetos situados en el infinito forman la imagen delante de la retina y
se ven borrosos. Empiezan a verse bien cuando están cerca (en el punto remoto).
En consecuencia, el punto remoto y el punto próximo están más cerca que en el ojo normal.
Miopía

41. Es un defecto de convergencia del sistema óptico del ojo. El foco imagen
del ojo está detrás de la retina cuando el ojo está en actitud de descanso
sin empezar la acomodación.
El foco está fuera del globo ocular.
El ojo miope cuando está en reposo (sin iniciar la acomodación), tiene la
lente del cristalino muy poco convergente
Hipermetropía

42. Los anteojos
Constan de un objetivo situado en el extremo que mira
hacia el objeto y de un ocular en el que mira hacia el ojo.
Los rayos procedentes de un objeto que esté muy alejado
inciden en el objetivo aproximadamente paralelos y
después de atravesarlo, pasan a concentrarse en su foco
posterior. El foco del ocular está situado precisamente en
este punto; por lo tanto, los rayos vuelven a salir del
ocular paralelos entre sí y el objeto se sigue viendo en el
infinito, pero bajo un ángulo mayor.

43. Binoculares prismáticos
Los prismáticos, comúnmente
denominados binoculares, son un
instrumento óptico usado para
ampliar la imagen de los objetos
distantes observados, al igual que el
monocular y el telescopio, pero a
diferencia de éstos, provoca el efecto
de estereoscopía en la imagen y por
eso es más cómodo apreciar la
distancia entre objetos distantes y
seguirlos en movimiento.

44. Cámara fotográfica
Una cámara fotográfica o cámara de
fotos es un dispositivo utilizado para
capturar imágenes o fotografías.
Constan de una cámara oscura cerrada, con una
abertura en uno de los extremos para que pueda
entrar la luz, y una superficie plana de formación
de la imagen o de visualización para capturar la
luz en el otro extremo. La mayoría de las cámaras
fotográficas tienen un objetivo formado de lentes,
ubicado delante de la abertura de la cámara
fotográfica para controlar la luz entrante y para
enfocar la imagen, o parte de la imagen.

45. El Microscopio
Un microscopio es un dispositivo encargado de hacer visibles objetos muy
pequeños. El microscopio compuesto consta de dos lentes (o sistemas de
lentes) llamados objetivo y ocular. El objetivo es un sistema de focal pequeña
que forma una imagen real e invertida del objeto (situado cerca de su foco)
próxima al foco del ocular. Éste se encarga de formar una imagen virtual de la
anterior ampliada y situada en un punto en el que el ojo tenga fácil acomodación
(a 25cm o más). Dada la reducida dimensión del objeto, se hace imperioso el
recolectar la mayor cantidad de luz del mismo, utilizando sistemas de
concentración de la energía luminosa sobre el objeto y diseñando sistemas que
aprovechen al máximo la luz procedente del objeto.

46. El primer microscopio fue inventado, por una
casualidad en experimentos con lentes, lo que
sucedió de similar manera pocos años después
con el telescopio de Hans Lippershey (1608).
Entre 1590 y 1600, el óptico holandés
Zacharías Janssen (1580-1638) inventó un
microscopio con una especie de tubo con
lentes en sus extremos, de 8 cm de largo
soportado por tres delfines de bronce; pero se
obtenían imágenes borrosas a causa de las
lentes de mala calidad.

48. Rayo Láser
-El láser es un dispositivo electrónico que
amplifica un haz de luz de extraordinaria
intensidad. Se basa en la excitación de una onda
estacionaria entre dos espejos, uno opaco y otro
traslúcido, en un medio homogéneo. Como
resultado de este proceso se origina una onda
luminosa de múltiples idas y venidas entre los
espejos, que sale por el traslúcido.

49. Todo se remonta a 1917, cuando
Albert Einstein describió que si se
estimulaban los átomos de una
sustancia, estos podían emitir una luz
con igual longitud de onda.

51. El telescopio
Sirve para observar elementos que se encuentran
lejos. Pero su objeto realmente es recoger la luz,
como cualquier otro instrumento de óptica,
basándose en un objetivo que recoge la luz de un
objeto. Cuanta más luz recoge el objetivo, más
potente es.
Se compone de un par de lentes, uno llamado
objetivo porque es el más cercano al objeto, y otro
llamado ocular porque es el más cercano al ojo,

52. La fibra óptica
Es una delgada hebra de vidrio o
silicio fundido que conduce la luz.
Se requieren dos filamentos para
una comunicación bi-direccional.
Para funcionar se basa en la
manipulación de la luz Los dos
principios por los que la fibra
funciona son la Reflexión y la
Refracción

53. El proyector
Un proyector es un
dispositivo diseñado para
capturar una imagen desde
una fuente de vídeo y
proyectarla con la mayor
fidelidad posible en una
pantalla u otra superficie.