Óptica Física: Comportamiento de la Luz y Principios de Microscopía

Reflexión y Refracción de la Luz: Fundamentos Ópticos

La reflexión es el fenómeno por el cual la luz, al incidir sobre una superficie, no penetra en el medio, sino que rebota y es dispersada. La dirección en que se refleja la luz está determinada por el tipo de superficie:

• Especular: Superficie brillante o pulida, donde toda la luz se refleja en una única dirección, creando una imagen clara.
• Difusa: Superficie mate, donde la luz se esparce en todas direcciones, resultando en una reflexión sin imagen definida.
• Mixta: Cuando la superficie es intermedia, como un papel brillante o una superficie metálica sin pulir, predomina una dirección de reflexión sobre las demás, pero con cierta dispersión.

La refracción es un cambio de dirección de un rayo de luz (o de otra radiación) que se produce al pasar oblicuamente de un medio a otro de distinta densidad. La capacidad de refracción es una propiedad que poseen tanto los cuerpos sólidos transparentes como las disoluciones, y para cada sustancia tiene un valor característico.

Leyes de Snell para la Refracción

Las leyes que rigen la refracción de la luz son las leyes de Snell:

• Primera Ley: El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación pertenecen a un mismo plano.
• Segunda Ley: Entre el ángulo de incidencia (θ₁) y el de refracción (θ₂) existe la siguiente relación, conocida como la Ley de Snell:

  n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂

  Donde n₁ y n₂ son los índices de refracción de los medios 1 y 2, respectivamente.

El índice de refracción (n) se calcula dividiendo la velocidad de la luz en el vacío (c) entre la velocidad de la luz al atravesar esa sustancia (v). En el vacío, c = v y, por tanto, el índice de refracción es 1.

Propiedades Fundamentales de la Luz

La luz exhibe diversas propiedades que definen su comportamiento:

• Difracción

  Fenómeno que se observa cuando la luz, al pasar por el borde de una superficie o a través de una abertura estrecha, se «dobla» o desvía de su trayectoria rectilínea. Produce una borrosidad que limita la capacidad de aumento útil de un microscopio.

• Absorción

  Cuando la luz incide sobre un objeto, este puede absorberla total o parcialmente; la luz absorbida se convierte en calor. Este proceso es fundamental para la percepción del color.

• Transmisión

  Se produce cuando la luz atraviesa una superficie u objeto. Existen tres tipos principales de transmisión:

  • Directa: No se producen cambios significativos en la dirección o calidad de la luz.
  • Difusa: Se produce cuando la luz pasa a través de un objeto transparente o semitransparente con textura. La luz, en lugar de seguir una única dirección, se desvía en múltiples direcciones.
  • Selectiva: Se produce cuando la luz atraviesa un objeto de color, absorbiendo ciertas longitudes de onda y transmitiendo otras, lo que determina el color percibido del objeto.

• Interferencia

  Se produce cuando dos ondas con la misma longitud de onda se superponen. Si las ondas están en fase (coinciden crestas y valles), el resultado es una onda cuya amplitud es la suma de las amplitudes individuales. A esto se le denomina interferencia constructiva. Si las ondas están en contrafase (las crestas de una coinciden con los valles de la otra), se cancelan mutuamente. A esto se le denomina interferencia destructiva.

• Polarización

  En las ondas electromagnéticas no polarizadas, el campo eléctrico oscila en todos los planos perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. La polarización restringe estas oscilaciones a uno o varios planos específicos.

Propiedades Ópticas Clave en Microscopía

Para comprender el funcionamiento y las capacidades de un microscopio, es esencial conocer sus propiedades ópticas:

• Aumento

  Es el número de veces que se magnifica el tamaño real del objeto. Viene determinado por el grado de curvatura de la lente y su distancia focal. En las lentes convexas, cuanto mayor sea la curvatura, menor será la distancia focal y, por ende, mayor será el aumento.

• Poder de Resolución

  Es la capacidad del microscopio para distinguir dos puntos muy cercanos entre sí como entidades separadas. Es una medida crítica de la claridad de la imagen.

• Límite de Resolución (R)

  Es la distancia mínima a la que pueden estar dos puntos para ser visualizados como imágenes separadas. El poder de resolución y el límite de resolución son inversamente proporcionales: Límite de Resolución = 1 / Poder de Resolución.

• Profundidad de Foco

  Es la capacidad de enfocar correctamente un objeto con cierto grosor, permitiendo que múltiples planos estén nítidos simultáneamente. Cuanto menor sea el aumento del objetivo, mayor será la profundidad de foco.

• Amplitud del Campo

  Es la porción de la preparación que se observa a través del microscopio. Cuanto mayor sea el aumento aplicado, menor será el campo de visión.