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¿Qué es la óptica?
La óptica es la rama de la física que se dedica al estudio de la luz visible: sus propiedades y su comportamiento. También analiza sus eventuales aplicaciones en la vida del ser humano, como es la construcción de instrumentos para detectarla o valerse de ella.
La luz ha sido definida por la óptica como una franja de emisiones electromagnéticas, cuyo comportamiento es similar al de otras formas invisibles (para nosotros) del espectro electromagnético, como la radiación ultravioleta o infrarroja.
Esto significa que su comportamiento puede ser descrito según la mecánica de ondas (excepto en contextos muy específicos en los que la luz actúa como una partícula) y los planteamientos de la electrodinámica clásica de la luz.
La óptica es un campo de investigación muy importante y que nutre de herramientas a las demás ciencias, especialmente a la astronomía, la ingeniería, la fotografía y la medicina (oftalmología y optometría). A ella debemos la existencia de espejos, lentes, telescopios, microscopios, láseres y sistemas de fibra óptica.
Óptica clásica
La óptica clásica se divide en dos ramas principales:
- Óptica geométrica En la óptica geométrica, se considera que la luz viaja en línea recta,
- Óptica física En la óptica física, la luz se considera como una onda electromagnética.
Óptica geométrica
La óptica geométrica se puede ver como una aproximación a la óptica física que se aplica cuando la longitud de onda de la luz utilizada es mucho menor que el tamaño de los elementos ópticos en el sistema que se está analizando. la óptica geométrica, u óptica de rayos, describe la propagación de la luz en términos de «rayos» que viajan en línea recta, y cuyos caminos se rigen por las leyes de la reflexión y la refracción en los cambios de fase entre diferentes medios. Estas leyes descubiertas empíricamente se han utilizado de forma generalizada en el diseño de componentes e instrumentos ópticos.
Las leyes de reflexión y refracción pueden derivarse del principio de Fermat, que establece que «el camino recorrido entre dos puntos por un rayo de luz es el camino que se puede atravesar en el menor tiempo posible».
Óptica física
En óptica física u óptica ondulatoria, se considera que la luz se propaga como una onda. Este modelo predice fenómenos como la interferencia y la difracción, que no se explican por la óptica geométrica. Las ondas se propagan en la atmósfera terrestre casi a la misma velocidad de la luz en el vacío, aproximadamente a 3,0×108 m/s (exactamente 299.792.458 m/s en el vacío). La longitud de onda de las ondas de luz visible varía entre 400 y 700 nanómetros, pero el vocablo «luz» también se aplica con frecuencia a la radiación infrarroja (0,7-300 μm) y a la radiación ultravioleta (10−400 nm).
El modelo de onda se puede usar para hacer predicciones sobre cómo se comportará un sistema óptico sin requerir una explicación de sobre qué medio se están «agitando» las ondas. Hasta mediados del siglo xix, la mayoría de los físicos creían en un medio «etéreo» en el que se propagaba la perturbación lumínica.53 La existencia de ondas electromagnéticas fue predicha en 1865 por las ecuaciones de Maxwell. Estas ondas se propagan a la velocidad de la luz y manifiestan campos eléctricos y magnéticos variables que son ortogonales entre sí, y también a la dirección de propagación de las ondas. Actualmente, las ondas de luz se tratan como ondas electromagnéticas, excepto cuando se deben considerar efectos de mecánica cuántica.
Ejemplo de óptica geométricaAnimación esquemática de un haz continuo de luz dispersado por un prisma. El haz blanco representa muchas longitudes de onda de luz visible, de las cuales se muestran , al atravesar un vacío a la misma velocidad c. El prisma hace que la luz se ralentice, curvando su camino por el proceso de refracción. Este efecto es más pronunciado en las longitudes de onda más cortas (como el extremo violeta) que en las longitudes de onda más largas (como el extremo rojo), dispersando así los componentes. Al salir del prisma, cada componente vuelve a la misma velocidad original y se refracta nuevamente.
La óptica física se utiliza para explicar efectos como la difracción.Un patrón de difracción de un rayo láser rojo proyectado en una placa después de pasar a través de una pequeña abertura circular en otra placa.