Clase 1 (15/10/2020) Óptica

 ÓPTICA FÍSICA Y GEOMÉTRICA

Ante todo, definiremos los conceptos claves del tema principal, la óptica.

¿Qué es la óptica?

La óptica es una rama de la física que estudia la luz y cada una de sus características y fenómenos. Esta misma puede dividirse en dos subgrupos:

Óptica física: Estudia los fenómenos luminosos y analiza cada aspecto de la naturaleza de la luz.

Óptica geométrica: Estudia los cambios de dirección de los rayos de luz en la refracción y reflexión.

Teniendo en claro que la óptica es una de las principales ramas de la física, y dada su singularidad, estudiaremos varios temas embarcados en la óptica que ayudarán a la comprensión del comportamiento de la luz y sus características.

NATURALEZA DE LA LUZ

La naturaleza de la luz ha sido uno de los más grandes problemas de la ciencia. 

En la época de la Antigua Grecia se creía que la luz era un conjunto de partículas emitidas por una fuente inicial luminosa. Ejemplificando, la luz emitida por el sol, el cual proporcionaba una cantidad de partículas.

Pero, ¿Qué sucedía con el resto de cuerpos?

Pues las partículas emitidas se reflejaban y golpeaban contra los cuerpos, proporcionando la llegada de estas partículas al sistema ocular y estimulaban el sentido de visualizar. A partir de esta idea, se planteaba la comprensión de la función de un espejo.

Llegó uno de los hombres más importantes de la ciencia, Isaac Newton, que defendía esta concepción de la luz.

MODELO CORPUSCULAR DE NEWTON

Newton publicó en 1794 un tratado e Óptica en la que explicó variedades de fenómenos que sufría la luz, y, en donde claramente postulaba la idea de los antiguos griegos y René Descartes sobre la luz, donde supone que la luz está formada por corpúsculos (partícula de tamaño microscópico) que son lanzados a grandes velocidades por las fuentes emisoras de luz.

En esta se especifican diversos puntos como la propagación rectilínea de la luz y las leyes de reflexión y refracción.

Un dato importante: Newton y sus métodos mecánicos no coincidían con algunas características de la velocidad de la luz, llevándolo a conclusiones erróneas, tal como la afirmación de que en el agua, la luz tenía una mayor velocidad que en el aire.

A partir de esto se originan varios planteamientos interesantes sobre la luz, tal como lo son los modelos ondulatorios.

MODELOS ONDULATORIOS

1. Modelo ondulatorio de Huygens(1690)

Huygens propuso la idea de la propagación de la luz como un movimiento ondulatorio. Este movimiento necesitaba un medio, un fluido por el cual desplazarse, el cual lo consideraba como "éter".   Mencionaba que las ondas de luz eran longitudinales, esféricas, concéntricas.

Curiosamente, la batalla ente teorías de la luz la ganó Newton, debido a su prestigio como gran científico de la época de la física clásica.

2. Modelo ondulatorio de Fresnel 

Establece que las vibraciones u ondas de la luz no pueden ser longitudinales, como lo planteaba Huygens, sino que las ondas deben ser perpendiculares a la dirección de propagación, haciéndolas transversales, lo cual le permitió definir un concepto matemático sobre la lay de reflexión.

3. Modelo ondulatorio de Maxwell

Maxwell demostró que el electromagnetismo era una característica potencial y necesaria en las ondas luminosas, lo que descartaba el uso de algún medio por el cual se desplazase la luz. 

Postuló que las ondas luminosas son mayor que las de radio (en una escala de frecuencias de ondas), lo que permite la impresión al ojo.

EFECTO FOTOELÉCTRICO

El efecto fotoeléctrico es la obtención de electrones libres de un metal cuando sobre el mismo incide un rayo de luz. El aumento de la luz no suponía un cambio de la emergía cinética de los electrones emitidos.

NATURALEZA CORPUSCULAR DE LA LUZ

Notamos que los modelos ondulatorios coinciden con los aspectos de la luz y sus funciones, sin embargo, la teoría corpuscular no queda del todo fuera. 

Louis de Broglie afirmó en 1922 que la luz tiene doble naturaleza: ondulatoria y corpuscular.

Mediante un experimento comprobó que la luz también puede comportarse como una partícula, comprobando la doble conceptualización.