Fenómenos Ópticos: Refracción, Difracción, Interferencia, Polarización y Efecto Doppler
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Fenómenos Ópticos
Refracción
La refracción ocurre cuando un haz de luz incide de forma oblicua en la interfaz que separa dos medios transparentes. Una parte de la luz es reflejada y otra se propaga por el segundo medio. Este cambio depende de la diferencia entre la rapidez de propagación de la luz en el primer medio y la rapidez de la luz en el segundo medio.
Las características de un determinado medio se representan por un coeficiente adimensional conocido como índice de refracción (n). Cada sustancia posee un índice de refracción propio, y se determina como la razón entre la rapidez de la luz en el vacío y la rapidez de la luz en el medio de refracción.
n = c / vm
(c = Rapidez de la luz en el vacío, 3·108 m/s ; vm = rapidez de la luz en el medio de refracción)
Difracción
La difracción ocurre cuando la luz atraviesa una rendija cuyo tamaño es similar a la longitud de onda. En dicha rendija, la luz se comporta como un nuevo foco emisor. Así, la difracción se rige por el principio de Huygens, que establece que cada punto de un frente de ondas puede considerarse como una nueva fuente de ondas secundarias.
Interferencia
La interferencia ocurre cuando una de las ranuras se transforma en una nueva fuente de ondas, las cuales se superponen entre sí; algo similar a lo que sucede cuando caen dos piedras al agua. El patrón de interferencia presenta zonas donde las ondas se anulan y otras donde se suman.
Polarización
La polarización es cuando una onda transversal atraviesa un filtro que impide su paso o solo deja pasar una parte de ella, debido a la forma de su oscilación. Decimos que dicha onda ha sido polarizada. Como su frente de luz oscila en todas direcciones, cuando atraviesa un filtro solo una parte de él continúa su camino.
Efecto Doppler
El efecto Doppler ocurre cuando una fuente luminosa se encuentra en movimiento respecto de un observador. La frecuencia de la onda lumínica se percibirá de manera diferente, dependiendo de si la fuente se acerca o se aleja de esa persona. La frecuencia se percibe a través del color.
La luz visible está compuesta por los distintos colores, que van desde el rojo, en sus frecuencias más bajas y hasta el azul y el violeta en sus frecuencias más altas. Si un objeto se desplaza hacia un observador, su frecuencia relativa será mayor y si se aleja su frecuencia relativa disminuirá, por lo que se percibirá una luz que se desplaza hacia el rojo.
Formación de Imágenes en Espejos
Espejos Planos
Para formar una imagen en un espejo, un haz de luz incide sobre él y se refleja de manera especular. Es por esta razón que un espejo es capaz de generar la imagen de un objeto que es puesto frente a él. Las imágenes producidas en superficies especulares pueden clasificarse en virtuales, cuando parecen provenir de un punto por detrás de la superficie reflectora, y en reales, cuando pueden ser proyectadas sobre un plano o pantalla ubicado fuera del espejo.
Espejos Cóncavos
Para formar una imagen en un espejo cóncavo, un haz de luz paralelo incide sobre la superficie y se refleja convergiendo en el foco.
Espejos Convexos
Para formar una imagen en un espejo convexo, un haz de luz paralelo debe incidir sobre la superficie. Los rayos reflejados se alejan entre sí, pareciendo provenir de un punto detrás del espejo.
El espejo retrovisor de los vehículos es convexo. Debido a esto, aumenta el campo visual del observador.
Los espejos curvos se utilizan para generar energía eléctrica y para elevar la temperatura de un fluido contenido en una tubería.
Para poder concentrar una mayor cantidad de luz proveniente de las estrellas, se utilizan espejos convergentes. Estos son la base de los telescopios newtonianos, cuyo espejo principal puede llegar a tener más de 12 m de diámetro.