CAPÍTULO 2
NOCIONES BÁSICAS DE ÓPTICA.

2.1.-La Luz: Naturaleza y características

Todavía hay muchos aspectos de la naturaleza de la luz que desconciertan a los investigadores. Podemos decir que la luz es el agente físico que hace visible los objetos. Actualmente, la naturaleza de la luz se define como una dualidad onda-partícula, pero éste concepto no hace justicia a las sutilidades implicadas.

Las preguntas que se han hecho y aún se hacen los estudiosos del tema son si la luz está constituida por partículas llamadas fotones, o si la luz es un campo electromagnético y al número de fotones como el nombre que se le da a los estados del quantum de ese campo. Es natural que nuevos conocimientos que puedan esclarecer las dudas sean revelados en el futuro (2, 32).

En la antigüedad algunos filósofos ya conocían ciertos aspectos sobre la naturaleza de la luz y su propagación en el espacio. Euclides fue el padre del descubrimiento de las leyes de la reflexión de la luz (300 años a.C.). Es a mediados del siglo XVII cuando aparecen casi simultáneamente dos teorías, propuestas por Isaac Newton y por su compatriota contemporáneo Christian Huygens, quienes desarrollaron la óptica y las teorías acerca de la naturaleza de la luz.

2.1.1.-Teoría Corpuscular:
Isaac Newton en 1666 propuso una teoría corpuscular para explicar la naturaleza de la luz. Supuso que la luz está compuesta por una lluvia de corpúsculos o partículas luminosas, los cuales se propagan en línea recta, pueden atravesar medios transparentes y ser reflejados por materias opacas. Esta teoría explica la propagación rectilínea de la luz, la refracción y la reflexión; pero no explica algunos fenómenos como la interferencia y difracción (3).

2.1.2.-Teoría Ondulatoria:
Propuesta por Christian Huygens en el año 1678. Describió que la luz presenta un movimiento ondulatorio. No fue muy aceptada y se necesitó más de un siglo para que fuera tomada en cuenta. Los ensayos del médico inglés Thomas Young sobre los fenómenos de interferencias luminosas y los del físico francés Auguste Jean Fresnel sobre la difracción fueron decisivos para que esta teoría fuera reconsiderada (33).

2.1.3.-Teoría Electromagnética:
Desarrollada por el físico inglés James Clerk Maxwell en 1865, quien postuló que cada cambio del campo eléctrico engendra en su proximidad un campo magnético y viceversa. Sostuvo que las ondas de la luz son semejantes a las ondas eléctricas o electromagnéticas. Por otra parte, indica que las ondas electromagnéticas se transmiten con la misma velocidad que la luz y concluye que la luz consiste en una perturbación electromagnética. Ondas eléctricas y ondas luminosas son fenómenos idénticos.

En 1888 Hertz logró producir ondas eléctricas y demostró que estas ondas poseen todas las características de la luz visible, pero las longitudes de sus ondas son mayores. Las investigaciones de Maxwell y Hertz demostraron que todas las radiaciones son de la misma naturaleza física, diferenciándose solamente en su longitud de onda. La escala comienza con las largas ondas hertzianas y, pasando por la luz visible, se llega a la de los rayos ultravioletas, los rayos X, los radiactivos, y los rayos cósmicos (34)

Einstein, en el año 1905, explicó el efecto fotoeléctrico y lo hizo postulando la existencia de cuantos de luz con propiedades de partículas (33). El fotón (término acuñado más tarde) fue llamado originalmente cuanto de luz (en alemán: das Lichtquant). El nombre fotón proviene de la palabra griega f?? (phôs) que significa luz y fue empleado en 1926 por el físico Gilbert N. Lewis, quien publicó una teoría que nunca fue aceptada, pero de ella, el nombre fotón fue conservado por los científicos.

El término cuanto o quantum se refiere a la cantidad más pequeña de algo que es posible tener. Planck estudió como se producía la radiación desde un cuerpo incandescente y explicó que los átomos que componen dicho cuerpo, cuando liberaban energía en forma de radiación, no lo hacían en forma continua, sino en pequeños bloques a los que él denominó cuantos de energía. La existencia del cuanto o quantum aún no está comprobada ni definida completamente, puesto que es una partícula muy pequeña; el tamaño estimado de un cuanto es más pequeño que un fotón. La existencia de los quantum es teórica (3).

2.1.4.-Concepto Actual:
La luz de acuerdo al enfoque actual, más que una onda, es considerada de manera más exacta una oscilación electromagnética que se propaga en el vacío o en un medio transparente y que es capaz de ser percibida por nuestro sentido de la vista. Es una parte insignificante del espectro electromagnético (fig 2-1). Se considera como una forma de energía que viaja a una alta velocidad, alrededor de 300.000 km/s (por definición es una constante universal de valor 299.792.458 m/s en el vacío) (29, 32).

Figura 2-1.-Espectro de ondas electromagnéticas. Tomado de Menéndez, R., Barzanallana A. Introducción a la Informática. Cap. 3. La información. Departamento Informática y Sistemas. Universidad de Murcia (35).

Sobre la base de las ideas planteadas anteriormente, se deben considerar las siguientes afirmaciones:
• La luz es una forma de energía electromagnética.
• La energía luminosa se transmite a través de partículas: Los “fotones”.
• La energía luminosa se transmite a través de ondas.
• La mecánica cuántica concilia los dos puntos de vista a través de la confirmación de la “dualidad partícula-onda”.
• Muchos aspectos sobre la naturaleza de la luz aún se desconocen.

2.1.5.-Longitud de onda:
La mayor parte de la radiación electromagnética se genera en la naturaleza a partir de objetos calientes y cuanto más calientes sean, tanto más su energía se irradia en longitudes de onda más cortas (32). El rango del espectro de las radiaciones solares corresponde al intervalo de longitudes de onda que ve el ojo. Las fuentes de luz hechas por el hombre tales como la bombilla eléctrica incandescente, irradian y tienen un espectro de emisión amplio; otras fuentes emiten únicamente una luz de determinada longitud de onda.
Al considerar la luz como una onda que se transmite de forma sinusoidal y periódica, que describe ciclos repetitivos, la longitud de una onda es la distancia entre dos crestas consecutivas (fig 2-2)

Figura 2-2.-La longitud de onda es la distancia entre puntos idénticos o crestas de ondas sucesivas. La amplitud es la distancia vertical de la línea media de la onda a la cresta o el valle. Tomado de Radiaciones electromagnéticas. Campus Tecnológico de la Universidad de Navarra www1.ceit.es/ (36).

 

 

Newton descubrió que la luz natural al pasar a través de un prisma es separada en una gama de colores que van desde el rojo al azul y concluye que la luz blanca o natural está compuesta por todos los colores del arcoíris (3) (fig 2-3).

 

Figura 2-3.-Las longitudes de onda del espectro electromagnético visible, expresadas en nanómetros. Tomado de Aplicaciones de la Lógica Difusa a la Colorimetría. Universidad de Extremadura. España (37).

 

El color es de alguna manera la medición de la cantidad de una luz determinada (31). Los objetos reflejan una parte de la luz que incide sobre ellos. Un objeto se percibirá como amarillo si refleja las longitudes de onda entre el verde y el rojo y absorbe las azules. Si el objeto absorbe todo el espectro se percibirá como negro y si lo refleja por completo se percibirá blanco (34).

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2.2.-Globo ocular

2.3.-Lentes, tipos y propiedades. Conceptos Básicos

2.4.-Imagen real e imagen virtual

2.5.-Formación de las imágenes en el ojo