Breve historia de la luz y sus propiedades

1. Óptica
Mtra. Ma. Luisa Ortega C.
Bloque VI

2. Definición
• La Óptica es la rama de la Física que
estudia el comportamiento de la
radiación electromagnética, sus
características y sus manifestaciones.
Abarca el estudio de la reflexión, la
refracción, las interferencias, la
difracción, la formación de imágenes y
la interacción de la radiación con la
materia.

3. Es, también, una de las ramas más antiguas: los
fenómenos de reflexión y refracción se conocen
desde la antigüedad, y genios como Newton
dedicaron grandes esfuerzos a su estudio. La
historia de la óptica cambió radicalmente con
Maxwell, que relacionó la luz con las ondas
electromagnéticas, dando lugar a la óptica física.

4. La óptica es una rama de la física que estudia la luz
visible: sus propiedades y su comportamiento.

6. ¿Qué es la luz?
https://www.youtube.com/watch?v=O1yu-ScC95M&t=7s

7. Un poco de historia…
https://www.youtube.com/watch?v=rgh6azo9KeI

8. La luz a través de la historia…
Demócrito:
Partículas vacías
Que se asocian para
formar colores
Platón:
Tetraedros
macizos
Aristóteles:
Formula la
teoría dinámica
Euclides:
Viaja en línea
recta
Al-hacen: Los ojos
son receptores no
emisores
460
407-347
384-322
325-265.
Ptolomeo: intento
de ley de
refracción
100-170
965-1040.
1580-1626
Snell: ley
refracción
1526-1650
Defensor de
la teoría
corpuscular
a.c. d.c.

9. Comportamiento Dual de la luz
1642-1727
Hooke:
1629-1695
Youg
Fresnel
Einstein
Laplace
Maxwell

10.  Propagación
rectilínea
 Reflexión
 refracción

11. Dualidad onda-partícula
• A través de la historia se ha entrado en polémica de como se comporta la luz, pero no fue
hasta finales del S. XVII cuando las teorías científicas. Huygens, en 1690, y Newton, en 1704,
exponen teorías contrapuestas:
• Huygens: La luz se propaga como una onda mecánica (teoría ondulatoria), a través de un medio
ideal, el éter. Supone que la luz debe experimentar fenómenos de interferencia y difracción,
característicos de las ondas. Su velocidad será menor en medios más densos.
• Newton: La luz está formada por partículas materiales (teoría corpuscular). No debe producir
interferencia ni difracción. Su velocidad será mayor en medios más densos.
• Por razones de prestigio científico, prevaleció la teoría de Newton, dejando olvidada la de
Huygens. Hasta que Young, en 1801, observó la difracción de la luz; y Foucault, en 1855,
comprobó que la velocidad de la luz en el agua es menor que en el aire. Se rescató entonces la
teoría ondulatoria como válida.
• En 1865, Maxwell, como consecuencia de su teoría electromagnética, llegó a la conclusión de
que la propagación de los campos Er y Br como onda electromagnética tenía las mismas
características que la luz (hasta su velocidad). Por lo tanto, la luz fue considerada como una
onda electromagnética transversal, que no necesitaba ningún medio material para propagarse.

13. No obstante…
A fines del
siglo XIX se
descubre el
fenómeno
fotoeléctrico.
Otro fenómeno como el de
dispersión o efecto Compton.
Todo ello pudo ser explicado si
se considera que la luz está
formada por partículas o
corpúsculos y no por ondas. Ello,
debido a que en estos
fenómenos la luz se comporta
como si estuviera formada por
paquetes discretos de energía
llamados “cuantos o quanta”, en
el caso particular de la luz se les
llama fotones

14. Actualmente se considera que la
luz tiene una naturaleza dual,
debido a que algunas veces se
comporta como onda y en otras
como partícula.
En conclusión.
“La luz es una energía radiante
transportada a través de
fotones y transmitida por un
campo ondulatorio”

15. entonces la luz es…

16. Y por tanto forma parte de

17. ¿Cómo vemos?
La Luz

18. ¿Te has preguntado alguna vez por qué y cómo vemos?
El espectro de luz visible por el ojo humano

19. Para ver necesitamos…
Luz (parte de la radiación del espectro solar con longitudes de onda desde el rojo, 750
nm, hasta el violeta, 350 nm)
Que los ojos funcionen bien
Y que el cerebro interprete bien lo que los ojos le transmiten.
Ilusión óptica
Todo está en el cerebro. Las ilusiones ópticas revelan
las suposiciones que el cerebro hace sobre lo que en
realidad ve.

22. Mayor
frecuencia
Onda corta Onda larga
Menor
frecuencia

28. https://www.youtube.com/watch?v=WIUpWAbawb4
https://www.youtube.com/watch?v=FRjsuotbbVk
https://www.youtube.com/watch?v=H99U-wpE_5E
https://www.youtube.com/watch?v=_psXBF1YlJU

29. El estudio de la óptica se define también como la interacción
de la luz con los objetos, y se reconocen 2 líneas:
La óptica geométrica: estudia los fenómenos ocurridos en la
interacción de la luz con objetos cuyo tamaño es mayor que
la longitud de onda de la luz.
La óptica física: parte de la física que explica los
fenómenos producidos por la interacción de la luz con
objetos materiales, cuyas dimensiones son similares a las de
la longitud de onda de la luz. Estas interacciones generan
fenómenos típicamente ondulatorios como son: la difracción,
la interferencia y la polarización.

30. Propiedades de la luz
 Se propaga en línea recta
 Se refleja cuando llega a una superficie reflectante
 Cambia de dirección cuando pasa de un medio
a otro (se refracta)

31. Óptica geométrica
• Es originada por el estudio de la
luz con objetos cuyo tamaño es
mayor que la longitud de onda de
la luz incidente.
• Está tiene como finalidad
estudiar las leyes de
propagación de la luz en
medios trasparentes
• Existen dos fenómenos
ondulatorios:
• Reflexión
• refracción

32. Reflexión y refracción de la luz
Reflexión
Refracción

33. De acuerdo a esta lay se
cumple también que al unir
dos espejos planos con
cierto ángulo entre estos,
ellos deben formar cierta
cantidad de imágenes
dadas por la relación
𝑁𝑜. 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑒𝑛𝑒𝑠 =
360° − 𝛼
𝛼
Reflexión

34. La refracción es el
fenómeno físico que explica
la incidencia de las ondas
contra un material y su
curso posterior cuando el
material sobre el cual
incide absorbe la onda.
La refracción de la luz
ocurre cuando los rayos
viajan a través de medios
diferentes y se desvían.
Esta desviación tiene su
origen en la variación de la
velocidad de la luz cuando
pasa de un medio a otro;
La ley de Snell: 𝑛1 sin 𝜃1 = 𝑛2 sin 𝜃2
Refracción

37. Óptica física
Esta rama de la óptica se ocupa de aspectos del comportamiento de
la luz tales como su emisión, composición o absorción, así como de la
polarización, la interferencia y la difracción.
https://www.fisicanet.com.ar/fisica/ondas/ap05_optica_fisica.php

39. https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_es.html

40. Cuando dos haces de luz se cruzan pueden interferir, lo que afecta a la distribución de
intensidades resultante. La coherencia de dos haces expresa hasta qué punto están en fase
sus ondas. Si la relación de fase cambia de forma rápida y aleatoria, los haces son
incoherentes. Si dos trenes de ondas son coherentes y el máximo de una onda coincide con el
máximo de otra, ambas ondas se combinan produciendo en ese punto una intensidad mayor que
si los dos haces no fueran coherentes. Si son coherentes y el máximo de una onda coincide con
el mínimo de la otra, ambas ondas se anularán entre sí parcial o totalmente, con lo que la
intensidad disminuirá. Cuando las ondas son coherentes, puede formarse un diagrama de
interferencia formado por franjas oscuras y claras
Interferencia

42. Difracción
Término que se atribuye a
varios fenómenos que
ocurren cuando una onda se
encuentra con un obstáculo o
una rendija

43. http://i3campus.co/CONTENIDOS/wikipedia/content/a/difracci%25c3%25b3n.html

44. https://www.youtube.com/watch?v=nQrKli-DvK4

45. En general la difracción ocurre cuando
las ondas pasan a través de pequeñas
aberturas, alrededor de obstáculos o por
bordes afilados.
Cuando un objeto opaco se encuentra
entre la fuente puntual de luz y una
pantalla como se muestra en la imagen
superior, la frontera entre las regiones
sombreadas e iluminada sobre la
pantalla no está definida. Una inspección
cuidadosa de la frontera muestra que
una pequeña cantidad de luz se desvía
hacia la región sombreada. La región
fuera de la sombra contiene bandas
alteradas brillantes y oscuras, donde la
intensidad de la primera banda es más
brillante que la región de iluminación
uniforme. (Serway de fisica Tomo II)
https://www.fisic.ch/contenidos/ondas-y-la-luz/difracci%C3%B3n-de-la-luz/

46. En realidad, algunas de estas líneas ya habían sido observadas por el químico británico William
Wollaston en 1802, pero este creyó que se trataba de la separación entre los colores. Fraunhofer
las estudió en profundidad, midiendo la posición de las más evidentes, que nombró con las letras de
la A a la K. Hoy las llamamos en su honor líneas de Fraunhofer y conservamos su nomenclatura.
A finales de la década de 1850, fue cuando los alemanes Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen
demostraron que las líneas oscuras se formaban por el paso de la luz a través de la atmósfera del
Sol; allí los gases presentes absorbían parte de esa luz, dejando su huella en forma de líneas
oscuras. La potencia de esta herramienta se puso de manifiesto en 1868, cuando se descubrió un
nuevo elemento en la atmósfera solar que no se conocía en la Tierra. Dicho elemento fue bautizado
como helio, de la palabra griega que designa al Sol.
Así nació la astrofísica, la rama de la física que estudia lo que ocurre en el universo. Por desgracia,
Fraunhofer no vivió lo suficiente para verlo. Tantos años inhalando gases tóxicos al soplar el vidrio
acabaron pasándole factura de forma prematura. Murió de tuberculosis el 7 de junio de 1826,
cuando apenas contaba con 39 años.

47. Polarización
La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas
electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano
determinado, denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos
vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro
perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.
En una onda electromagnética no polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda
transversal sin polarizar, el campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la
dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales, como las ondas sonoras, no
pueden ser polarizadas porque su oscilación se produce en la misma dirección que su
propagación.

48. https://www.fisic.ch/contenidos/ondas-y-la-luz/polarizaci%C3%B3n-de-la-luz-1/
https://www.youtube.com/watch?v=fCASm29qA74

50. La luz es una forma de energía capaz de provocar cambios en los cuerpos.
Así, por ejemplo, nuestra piel y la de muchos animales cambia de color cuando se
expone a la luz solar. También es una importante fuente de energía para las plantas,
que la utilizan para fabricarse el alimento.
Gracias a ella podemos ver todo aquello que hay a nuestro alrededor. Hay
cuerpos que producen y emiten su propia luz. Estos cuerpos reciben el nombre de
fuentes luminosas. Hay fuentes luminosas naturales, que producen luz propia y se
encuentran en la naturaleza, como el Sol, el fuego y algunos insectos como las
luciérnagas, y fuentes luminosas artificiales, fabricadas por las personas, como la
bombilla (ampolleta), las velas, las cerillas (fósforos) y los tubos fluorescentes.
Durante el día la luz del Sol nos ilumina, los rayos de luz que nos llegan del Sol son
una forma más en que se manifiesta la energía, la cual puede ser utilizada por el
hombre para su provecho. De noche, sin embargo, necesitamos otras fuentes de luz,
por eso conectamos bombillas (ampolletas), usamos una linterna o encendemos una
luz para poder ver.

51. Esta luz es detectada o percibida por uno de los 5 sentidos que posee el ser
humano.
El Ojo

52. Algo de óptica geométrica

55. Supongamos que el objeto tiene el tamaño adecuado y se
ilumina con luz visible. El sistema óptico del ojo es capaz de
recoger los rayos reflejados que divergen del objeto y llegan a él.
El cerebro identifica la posición del objeto como el punto donde
convergen las prolongaciones del haz de rayos que le llegan
procedentes del objeto.

56. Para ver nítidamente un objeto la imagen de cada uno de sus puntos debe estar
enfocada sobre la retina: los rayos salientes de un punto del objeto que sean
captados por el ojo deben concentrarse todos en un mismo punto de la retina, sobre
sus células sensibles.
Un objeto se verá borroso si los rayos que parten de él son concentrados por las
lentes del ojo delante o detrás de la retina.
Los rayos que llegan reflejados o refractados dan lugar a que pensemos que está en
un lugar distinto a donde realmente está, ya que el cerebro interpreta que el objeto
se encuentra en la prolongación de los rayos

57. El cielo es azul o rojo?
http://fcaglp.fcaglp.unlp.edu.ar/~scellone/Divul/CieloAzul/CieloAzul.html

58. Esto da origen al concepto de posición virtual (como si estuviera allí).
El punto hasta el que podemos acercar el objeto sin dejar de ver su imagen nítida y
lo más grande posible, es el punto próximo. Es la distancia d, unos 25 cm en el ojo
normal. La distancia de la retina al cristalino, D, será de unos 2,5 cm.

59. El cerebro debe poner "derecha" la imagen que se forma "invertida" en la retina (arriba es
abajo, derecha es izquierda). Utiliza para ello el centro visual situado en el hemisferio
izquierdo del cerebro y en su zona posterior.
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/Instrumentos/ollo/comovemos.htm

60. En los ojos, hay muchas partes diferentes que nos ayudan a crear la
visión. La luz pasa a través de la córnea, que es la superficie
transparente, en forma de cúpula, que cubre la parte delantera del
ojo. La córnea desvía o refracta la luz que entra al ojo. El iris, la parte
coloreada del ojo, regula el tamaño de la pupila, la abertura que
controla la cantidad de luz que entra al ojo. Detrás de la pupila, está
el cristalino, una parte transparente del ojo que enfoca aun más la luz
o las imágenes en la retina. La retina es un tejido delgado, delicado,
fotosensible, que contiene células “fotorreceptoras”; especiales que
transforman la luz en señales eléctricas. Estas señales eléctricas se
siguen procesando y luego viajan desde la retina del ojo al cerebro a
través del nervio óptico, un conjunto de alrededor de un millón de
fibras nerviosas. “Vemos” con nuestro cerebro; los ojos
recogen la información visual e inician este
complejo proceso.