Fenómenos y Propiedades de la Luz: Conceptos Fundamentales de Óptica

Propagación de la Luz

• Índice de refracción (n): Cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y su velocidad en un medio determinado (v). Se expresa como n = c/v.
• Principio de Fermat: La trayectoria que sigue la luz al propagarse entre dos puntos es aquella en cuyo recorrido emplea el menor tiempo posible.

Reflexión y Refracción de la Luz

• Reflexión: Fenómeno que se produce cuando un rayo de luz incide contra una superficie, cambia su dirección y se sigue propagando en el mismo medio. Puede ser difusa o especular.
• Refracción: Desviación que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando esta pasa de un medio a otro con diferente índice de refracción.

Ley de Snell

Describe la relación entre los ángulos de incidencia y refracción, y los índices de refracción de los medios:

(sen i / sen r) = (n_r / n_i)

• Ángulo Límite: Es el ángulo de incidencia al que le corresponde un ángulo de refracción de 90º. Cuando se supera el ángulo límite, ocurre una reflexión total interna.

Dispersión y Absorción de la Luz

• Dispersión de la luz: Descomposición de un rayo de luz blanca en sus colores componentes (espectro) al atravesar un medio, como consecuencia del distinto índice de refracción para cada longitud de onda (color).
• Absorción de la luz: Proceso en el que la luz cede su energía a un medio, transformándose esta en energía térmica.

El Color

El color no es una propiedad intrínseca de los objetos, ya que depende de la luz que estos emiten, reflejan o transmiten, y que posteriormente alcanza la retina del ojo humano.

Colores Primarios y Secundarios

• Aditivos primarios: Rojo, Verde y Azul (RGB).
• Aditivos secundarios: Amarillo (Rojo + Verde), Magenta (Rojo + Azul), Cian (Azul + Verde).
• Sustractivos primarios: Coinciden con los colores aditivos secundarios (Amarillo, Magenta, Cian).

El color con que percibimos un objeto depende de los pigmentos de dicho objeto y también de la luz con la que es iluminado. Si es iluminado con luz blanca, percibimos el color real del objeto.

Naturaleza de la Luz

Teorías Fundamentales

• Teoría ondulatoria: Propone que la luz es una perturbación que se propaga en todas direcciones formando ondas esféricas.
• Teoría corpuscular: Sugiere que las partículas emitidas por una fuente luminosa rebotan en los objetos y, al llegar al ojo, producen la sensación de ver.

Hitos en el Estudio de la Luz

• Huygens (siglo XVII): Contribuciones a la comprensión de la reflexión y refracción desde una perspectiva ondulatoria.
• Newton (siglo XVII): Desarrolló la teoría corpuscular de la luz y realizó importantes estudios sobre la reflexión y refracción.
• Young y Fresnel (siglo XIX): Descubrieron fenómenos de interferencias y demostraron que las ondas luminosas son transversales.
• Maxwell (siglo XIX): Postuló que la luz es una onda electromagnética.
• Hertz: Realizó estudios sobre campos magnéticos y eléctricos, confirmando la naturaleza electromagnética de la luz y su velocidad.
• Einstein (1905): Propuso que la luz está formada por cantidades aisladas de energía, conocidas como fotones, explicando el efecto fotoeléctrico.
• De Broglie (1924): Formuló la hipótesis de que la luz posee una doble naturaleza (onda-partícula).