Naturaleza de la luz: teorías corpuscular y ondulatoria, leyes de reflexión y refracción y defectos visuales

Naturaleza de la luz

La cuestión sobre cuál es la naturaleza de la luz ha supuesto un problema desde la antigüedad hasta el siglo XX. A lo largo de la historia se han desarrollado principalmente dos teorías contrapuestas:

• Teoría corpuscular: considera que la luz está compuesta de partículas o corpúsculos. Su principal representante fue Newton.
• Teoría ondulatoria: defiende que la luz se comporta como una onda.

Ambas teorías explicaban los fenómenos de reflexión y refracción. Sin embargo, solo la teoría ondulatoria pudo explicar satisfactoriamente los fenómenos de interferencia y difracción, y el hecho de que la velocidad de la luz sea mayor en los medios menos densos. Esto, junto al desarrollo del electromagnetismo por Maxwell, consolidó como válida la teoría ondulatoria. En el siglo XIX la cuestión parecía zanjada y se admitió que la luz era una onda electromagnética.

Sin embargo, a principios del siglo XX, Einstein tuvo que recurrir de nuevo a la naturaleza corpuscular de la luz para explicar ciertos fenómenos de emisión y absorción de luz por la materia, como el efecto fotoeléctrico. A partir de entonces, el físico francés De Broglie introdujo en la física la dualidad onda-corpúsculo de la luz, que significa que la luz tiene las dos naturalezas: en unos fenómenos (relacionados con la propagación) se comporta como una onda electromagnética de una cierta frecuencia, y en otros (relacionados con la interacción con la materia) se comporta como un flujo de partículas llamadas fotones, con una determinada energía.

Leyes de la reflexión y la refracción

Cuando una onda incide sobre la superficie de separación de dos medios de distinto índice de refracción, una parte de la onda se refleja y otra parte se refracta (se transmite al otro medio). Las leyes de la reflexión y la refracción nos dicen que:

a) Leyes de la reflexión

• Los rayos incidente, reflejado y refractado están en un mismo plano, llamado plano de incidencia, que es perpendicular a la superficie.
• El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales.

b) Leyes de la refracción

• Los rayos incidente y refractado están en un mismo plano, llamado plano de incidencia, que es perpendicular a la superficie.
• El ángulo de incidencia y el ángulo de transmisión o refracción están relacionados por la ley de Snell.

La ley de Snell implica que si la luz pasa a un medio de índice mayor, los rayos se acercan a la normal (se alejan de la normal si el segundo medio posee un índice menor).

La ley de Snell también puede expresarse en función de las velocidades de la luz en los dos medios, teniendo en cuenta que:

Defectos de la visión: amétropías

Las amétropías son defectos refractivos del ojo debidos a un exceso o defecto de potencia óptica, que tienen como consecuencia que la imagen formada por el ojo en la retina esté desenfocada.

(La retina es el tejido de la parte posterior del ojo donde están los fotorreceptores que envían la señal al cerebro a través del nervio óptico.)

Un ojo es emétrope cuando no presenta amétropías, es decir, cuando su potencia es la adecuada en relación con su tamaño, de manera que el foco imagen está situado en la retina y las imágenes están enfocadas.

Existen 3 tipos de amétropías: miopía, hipermetropía y astigmatismo.

a) Miopía

El ojo tiene un exceso de potencia en relación con su tamaño, por lo que el foco imagen está situado antes de la retina. En los ojos miopes las imágenes de objetos lejanos estarían enfocadas en un plano anterior, por lo que son borrosas en el plano de la retina.

La miopía se corrige con una lente divergente con la potencia (negativa) adecuada para reducir el exceso de potencia del ojo y conseguir que los rayos se enfoquen en la retina.

b) Hipermetropía

Ocurre lo contrario que en la miopía: el foco imagen cae detrás de la retina debido a un defecto de potencia en relación con la longitud del ojo.

Se corrige mediante una lente convergente (potencia positiva) que compensa el defecto de potencia del ojo.

c) Astigmatismo

Ocurre cuando el ojo tiene distinta potencia óptica a lo largo de dos meridianos perpendiculares (debido a que alguna de las superficies del ojo no tiene simetría de revolución o a que está inclinada con respecto a las demás).

(Por ejemplo: un ojo puede ser miope de -2 D en el meridiano horizontal y miope de -3 D a lo largo del meridiano vertical; en ese caso el ojo es miope de -2 D con un astigmatismo de -1 D.)

El astigmatismo se corrige mediante lentes tóricas, las cuales poseen dos curvaturas distintas a lo largo de sus dos ejes perpendiculares.

d) Presbicia o vista cansada

Pérdida de acomodación (con la edad) por disminución de la flexibilidad del cristalino. Se corrige con lentes convergentes.