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• Hildiux Esparza

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NATURALEZA ONDULATORIA DE 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. Las primeras aportaciones conocidas son las de Lepucio (450 a.C.) 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. 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. Euclides (300 a.C.) introdujo el concepto de rayo de luz emitido por el ojo, que se propagaba en línea recta hasta alcanzar el objeto. Pasarían trece siglos antes de que el árabe Ajasen Basora (965-1039) opinara que la luz era un proyectil que provenía del Sol, rebotaba en los objetos y de éstos al ojo. ¿Qué es la luz?. Los sabios de todas las épocas han tratado de responder a esta pregunta. Los griegos suponían que la luz emanaba de los objetos, y era algo así como un "espectro" de los mismos, extraordinariamente sutil, que al llegar al ojo del observador le permitía verlo. De esta manera los griegos y los egipcios se abocaron a la solución de estos problemas sin encontrar respuestas adecuadas. Posteriormente en la Europa del S. XV al XVII, con los avances realizados por la ciencia y la técnica, surgieron muchos matemáticos y filósofos que produjeron importantes trabajos sobre la luz y los fenómenos luminosos. Es Newton el que formula la primera hipótesis seria sobre la naturaleza de la luz. a).- Principio de Hoygeus

A finales del siglo XVII, momento en el que la teoría más aceptada sobre la luz era la teoría corpuscular de Newton, el físico, matemático y astrónomo holandés Christian Huygens (1629-1695) propuso su hipótesis de que la luz era un fenómeno ondulatorio, de naturaleza casi igual a la del sonido. Enunció el llamado principio de Huygens, basado en el concepto de frente de onda. Un frente de onda puede definirse como el lugar geométrico en que determinados puntos del medio en el que se propaga una onda (aire, agua…) son alcanzados en un mismo instante por dicha onda. Es por ello que todos los puntos que forman un frente de onda tienen la misma fase, es decir, están en la misma situación instantánea en el ciclo periódico de la onda. El principio de Huygens permite predecir la posición futura de un frente de onda cuando se conoce su posición anterior. Establece que los frentes de onda están formados por frentes de onda más pequeños, es decir, que cada punto de un frente de ondas primario se comporta como un emisor de ondas secundarias. Estas ondas secundarias son esféricas, tienen la misma frecuencia y se propagan en todas las

direcciones con la misma velocidad que la onda primaria en cada punto. La envolvente de todas esas ondas secundarias es el nuevo frente de onda formado. El principio de Huygens explica perfectamente la reflexión y refracción de la luz.

Cada punto de S puede ser considerado como una nueva fuente y, por tanto, emite una onda secundaria que a un tiempo Δt mas tarde es una esfera de radio v Δt, en un medio homogéneo. El nuevo frente de onda es la superficie tangente o envolvente a todas estas ondas secundarias. El rayo luminoso será definido como la recta perpendicular al frente de onda.

Construcción de una onda reflejada y refractada: Cuando el extremo del frente de ondas llega a la separación de los dos medios, la partícula del medio 2 sobre la que incide se pone a emitir radialmente, pero con distintas velocidades en cada medio (en la figura de esta página más abajo, menor velocidad en el medio 2) por lo que produce dos semicírculos desiguales. Poco a poco el frente va llegando a todas las partículas del medio 2 y se ponen a repetir la emisión de la primera. Le envolvente de las ondas que retornan al primer medio es el frente de la onda reflejada. La envolvente, en un instante dado, de las ondas que se propagan en el segundo medio es el frente de ondas de la onda refractada.

b).- Experimento de Young Thomas Young describe su propio experimento de interferencias luminosas, conocido también como de las dos rendijas. Al igual que Newton, Young empleó la luz solar iluminando de forma controlada un cuarto oscuro. Dispuso en su interior dos pantallas. Con la primera cubrió la ventana y en ella efectuó dos orificios que permitían el paso de la luz. Sobre la segunda recogía la luz proyectada. Modificando el tamaño de los orificios observó que si éstos eran grandes se formaban dos manchas luminosas y separadas en la segunda pantalla. Pero si los orificios eran suficientemente pequeños, las dos manchas de luz se extendían y sus mitades próximas se superponían una sobre la otra dando lugar a una serie de bandas brillantes separadas por otras oscuras. Este fenómeno de interferencias luminosas podía ser explicado a partir de la teoría ondulatoria de la luz propuesta por Huygens. Cuando las ondas S y S' procedentes de los focos O y O' respectivamente, llegaban a la pantalla se superponían dando lugar a esa imagen compuesta observada por Young. Dicha superposición podía ser de dos tipos extremos, o bien los valles de la onda S coincidían con los valles de la onda S' (y análogamente para las crestas) o bien un valle de la onda S coincidía en la segunda pantalla con una cresta de la onda S' (y viceversa). En el primer caso se produciría un refuerzo de la perturbación, lo que podría explicar la existencia de bandas brillantes en esa zona común; la interferencia luminosa habría sido constructiva. En el segundo se produciría una anulación mutua de las perturbaciones al estar dirigidas en sentidos opuestos; la interferencia habría sido destructiva dando lugar a esas zonas oscuras observadas experimentalmente. La coincidencia o la oposición de las ondas al llegar a la segunda pantalla dependería de las diferencias de distancias entre el punto de confluencia y los focos O y O' respectivos, lo que explicaría que las bandas brillantes y oscuras se alternasen en la pantalla al desplazarnos desde el punto central equidistante de los dos orificios, hacia los extremos de la pantalla. El experimento de Young con las aberturas vistas desde arriba, que muestra la luz desplegándose desde las dos aberturas de la mampara, mezclándose y creando un patrón rayado sobre la pantalla. Si un valle se junta con una cima en la pantalla, el resultado es una raya oscura. Si dos valles (o dos cimas) se juntan en la pantalla, el resultado es una raya luminosa.

c).- ¿Qué es una rejilla de difracción y para qué sirve? La red o rejilla de difracción es la herramienta de elección para separar los colores de la luz incidente. Una red de difracción está constituida por un gran número de rendijas paralelas, muy próximas entre sí. Cuando la luz de una sola longitud de onda, como la luz roja de 632.8nm del láser de helio-neón incide sobre una red de difracción, se difracta a cada lado en múltiples órdenes. Diferentes longitudes de ondas se difractan a diferentes ángulos, de acuerdo con la relación de la red. Una aplicación muy importante de la rejilla de difracción ocurre en espectroscopia. Se utiliza la rejilla para la determinación de longitudes de onda de fuentes de luz desconocidas; por ejemplo, se usan rejillas con geometrías bien determinadas en el estudio de la luz que llega de las estrellas u otros cuerpos estelares. Midiendo con cuidado la distancia entre las zonas iluminadas y las oscuras que se producen, se encuentran los valores de las longitudes de onda de la luz que llega. De esta información se puede determinar qué sustancias emitieron la luz. Este es el método que se ha seguido para determinar la composición química del Sol, de los planetas y de diferentes estrellas.

d).- ¿Qué es el espectrómetro y para qué sirve en un análisis de laboratorio Un espectrómetro es un instrumento óptico utilizado para medir las propiedades de la luz sobre una porción específica del espectro electromagnético. Un espectrómetro es utilizado en la espectroscopia para medir longitudes de onda e intensidades. El espectrómetro es un término que se aplica a los instrumentos que operan sobre una amplia gama de longitudes de onda, desde los rayos gamma y los rayos X en el extremo de infrarrojos. Su utilidad es realizar análisis espectroscópicos para identificar materiales. La variable medida es generalmente la intensidad de la luz, pero también podría ser, por ejemplo, el estado de polarización. La variable independiente es, por lo general, la longitud de onda de la luz, que suele expresarse como una fracción de metro, aunque a veces se expresa como una unidad directamente proporcional a la energía del fotón, tales como el número de onda o los voltios de los electrones (que tiene una relación recíproca a la longitud de onda). Su utilidad es realizar análisis espectroscópicos para identificar materiales.

e).- ¿Qué es la polarización, qué moléculas se usan y para qué? Los átomos de una fuente de luz ordinaria emiten pulsos de radiación de duración muy corta. Cada pulso procedente de un único átomo es un tren de ondas prácticamente monocromático (con una única longitud de onda). El vector eléctrico correspondiente a esa onda no gira en torno a la dirección de propagación de la onda, sino que mantiene el mismo ángulo, respecto a dicha dirección. El ángulo inicial puede tener cualquier valor. Cuando hay un número elevado de átomos emitiendo luz, los ángulos están distribuidos de forma aleatoria, las propiedades del haz de luz son las mismas en todas direcciones, y se dice que la luz no está polarizada. Si los vectores eléctricos de todas las ondas tienen el mismo ángulo acimutal (lo que significa que todas las ondas transversales están en el mismo plano), se dice que la luz está polarizada en un plano, o polarizada linealmente. Se utilizan: La polarización suele utilizarse en cámaras fotográficas, lentes para sol, pantallas LCD.

Conclusión: Es bueno investigar un poco mas de los temas de clases, ya que son muy amplios y es muy importante saber de qué se trata cada tema visto y saberlo comprender. Bibliografía: http://varinia.es/blog/2010/12/19/%C2%BFen-que-consiste-el-principio-dehuygens/ usuarios.multimania.es/pefeco/ondas3/ondas3_indice.htm www.educaplus.org/luz/polarizacion.html rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/21/Polarización.html html.rincondelvago.com/thomas-young.html www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtml