Física/Óptica/Óptica geométrica y óptica física
Óptica geométrica
[editar]El modelo más sencillo para el estudio de la Óptica es la Óptica geométrica, que parte de las leyes fenomenológicas de Snell de la reflexión y la refracción.
La Óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando los objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda usada; ello permite despreciar los efectos derivados de la difracción, comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz. Una formulación alternativa es la de Fermat. Se utiliza en el estudio de la transmisión de la luz por medios homogéneos (lentes, espejos), la reflexión y la refracción.
Óptica física
[editar]Cuando los fenómenos ondulatorios comienzan a cobrar importancia, y no se pueden explicar la difracción e interferencia, se requiere de la óptica física, que considera a la luz como una onda transversal, teniendo en cuenta su frecuencia y longitud de onda.
Espectro electromagnético
[editar]La óptica física explica los colores como frecuencias distintas de las ondas luminosas y encuadra la luz visible dentro del marco más general del espectro electromagnético.
- Rayos gamma
Su longitud de onda (lambda) < 0.1Å, donde 1Å (Ångström) es igual a 10-10m. Se originan en las desintegraciones nucleares que emiten radiación gamma. Son radiaciones muy penetrantes y muy energéticas.
- Rayos X
Se producen por oscilaciones de los electrones próximos a los núcleos y tienen longitudes de onda entre 0.1Å y 30Å.
Son muy energéticos y penetrantes, dañinos para los organismos vivos, pero se utilizan de forma controlada para los diagnósticos médicos.
- Rayos UVA
Se producen por saltos electrónicos entre átomos y moléculas excitados (30Å-4000Å).
El Sol es emisor de rayos ultravioleta, que son los responsables del bronceado de la piel. Es absorbida por la capa de ozono, y si se recibe en dosis muy grandes puede ser peligrosa ya que impiden la división celular, destruyen microorganismos y producen quemaduras y pigmentación de la piel.
- Luz visible
Es la pequeña parte del espectro electromagnético a la que es sensible el ojo humano (400nm-750nm).
Se producen por saltos electrónicos entre niveles atómicos y moleculares. Las longitudes de onda que corresponden a los colores básicos son:
| Colores | Longitud de onda |
|---|---|
| Rojo | De 6200 a 7500 Å |
| Naranja | De 5900 a 6200 Å |
| Amarillo | De 6200 a 7500 Å |
| Verde | De 5900 a 6200 Å |
| Azul | De 6200 a 7500 Å |
| Violeta | De 5900 a 6200 Å |
- Radiación infrarroja
Es emitida por cuerpos calientes y es debida a vibraciones de los átomos (10-3-10-7m).
La fotografía infrarroja tiene grandes aplicaciones, en la industria textil se utiliza para identificar colorantes, en la detección de falsificaciones de obras de arte, en telemandos, estudios de aislantes térmicos, etc.
- Radiación de microondas
Son producidas por vibraciones de moléculas (0.1mm-1m)
Se utilizan en radioastronomía y en hornos eléctricos. Esta última aplicación es la más conocida hoy en día y en muchos hogares se usan los "microondas". Estos hornos calientan los alimentos generando ondas microondas que en realidad calientan selectivamente el agua. la mayoría de los alimentos, incluso los "secos" contienen agua. Las microondas hacen que las moléculas de agua se muevan, vibran, este movimiento produce fricción y esta fricción el calentamiento. Así no sólo se calienta la comida, otras cosas, como los recipientes, pueden calentarse al estar en contacto con los alimentos.
- Ondas de radio
Son ondas electromagnéticas producidas por el hombre con un circuito oscilante (1cm-1km).
Se emplean en radiodifusión. Las ondas usadas en la televisión son las de longitud de onda menor y las de radio son las de longitud de onda mayor. Las radiondas más largas se reflejan en la ionosfera y se pueden detectar en antenas situadas a grandes distancias del foco emisor. Las ondas medias se reflejan menos en la ionosfera, debido a su gran longitud de onda pueden superar obstáculos, por lo que pueden recorrer grandes distancias. Para superar montañas necesitan repetidores. Las ondas cortas no se reflejan en la ionosfera, requieren repetidores más próximos. Se transmiten a cualquier distancia mediante los satélites artificiales. Este tipo de ondas son las que emiten la TV, teléfonos móviles y los radares.