CONCEPTO DE LUZ
electromagnética que puede ser Luz: Se llama luz a la parte de la radiación electromagnética que percibida por el ojo humano. En humano. En física, física, el término luz se usa en un sentido ms amplio e inclu!e todo el campo de la radiación conocido como espectro electromagnético, electromagnético, mientras que la e"presión luz #isible se$ala específicamente la radiación en el espectro #isible. La óptica es óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características ! sus manifestaciones. El estudio de la luz re#ela una serie de características ! efectos al interactuar con la materia, que permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza. refracción es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al %efracción : La refracción es cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes #elocidades seg&n el medio por el que #iaja. El cambio de dirección es ma!or cuanto ma!or es el cambio de #elocidad, !a que la luz recorre ma!or distancia en su desplazamiento por el medio en que #a ms rpido. La le! de Snell relaciona Snell relaciona el cambio de ngulo con el cambio de #elocidad por medio de los índices de refracción de refracción de los medios. 'omo la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o policromtica a tra#és de un medio con caras no paralelas, como un prisma, prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes componentes (colores) seg&n su energía, en un fenómeno denominado dispersión refracti#a. refracti#a. Si el medio tiene las caras paralelas, la luz se #uel#e a recomponer al salir de él. Ejemplo de refracción:
Se pued puede e obse obser# r#ar aren en esta esta imag imagen en como el popote se #e roto, a esta ilusión se le conoce como refracción.
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*ropagación ! difracción: +na de las propiedades de la luz ms e#identes a simple #ista es que se propaga en línea recta. recta. Lo podemos #er, por ejemplo, en la propagación de un ra!o de luz a tra#és de ambientes pol#orientos o de atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte geométrica parte de esta premisa para predecir la posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisión. e la propagación de la luz ! su encuentro con objetos surgen las sombras. sombras. Si interponemos un cuerpo opaco opaco en el camino de la luz ! a continuación continuación una pantalla, pantalla, obtendremos obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o foco foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma que, relati#amente, sea ms peque$o que que el cuer cuerpo po,, se prod produc ucir ir una una somb sombra ra definida. definida. Si se acerca el foco al cuerpo surgir una sombra en la que se distinguen una región ms clara denominada penumbra ! penumbra ! otra ms oscura denominada denominada umbra. Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. 'uando la luz atra#iesa un obstculo puntiagudo o una abertura estrecha, el ra!o se cur#a ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción, difracción, es el responsable de que al mirar a tra#és de un agujero mu! peque$o todo se #ea distorsionado o de que los telescopios ! microscopios tengan un n&mero de aumentos m"imo.
la que est %efle"ión ! dispersión: -l incidir la luz en un cuerpo, la materia de la constituido retiene unos instantes su energía ! energía ! a continuación la reemite en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado refle"ión denominado refle"ión.. Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructi#as, destructi#as, la ma!or parte de la radiación se pierde, e"cepto la que se propaga con el mismo ngulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).
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La luz también se refleja por medio del fenómeno denominado refle"ión interna total, que se produce cuando un ra!o de luz, intenta salir de un medio en que su #elocidad es ms lenta a otro ms rpido, con un determinado ngulo. Se produce una refracción de tal modo que no es capaz de atra#esar la superficie entre ambos medios reflejndose completamente. Esta refle"ión es la responsable de los destellos en un diamante tallado.
*olarización: El fenómeno de la polarización se obser#a en unos cristales determinados que indi#idualmente son transparentes. Sin embargo, si se colocan dos en serie, paralelos entre sí ! con uno girado un determinado ngulo con respecto al otro, la luz no puede atra#esarlos. Si se #a rotando uno de los cristales, la luz empieza a atra#esarlos alcanzndose la m"ima intensidad cuando se ha rotado el cristal /0 se"agesimales respecto al ngulo de total oscuridad. 1ambién se puede obtener luz polarizada a tra#és de la refle"ión de la luz. La luz reflejada est parcial o totalmente polarizada dependiendo del ngulo de incidencia. El ngulo que pro#oca una polarización total se llama ngulo de 2re3ster . 4uchas gafas de sol ! filtros para cmaras inclu!en cristales polarizadores para eliminar reflejos molestos.
1eoría ondulatoria: Esta teoría, desarrollada por 'hristiaan 5u!gens, considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que #aría en el tiempo generando a su #ez un campo magnético ! #ice#ersa, !a que los campos eléctricos #ariables generan campos magnéticos ( le! de -mp6re) ! los campos magnéticos #ariables generan campos eléctricos (le! de 7arada!). e esta forma, la onda se auto propaga indefinidamente a tra#és del espacio, con campos magnéticos ! eléctricos generndose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico ! magnético perpendiculares entre sí ! respecto a la dirección de propagación.
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*ara poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parmetros habituales de cualquier onda: •
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-mplitud (-): Es la longitud m"ima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento. *eriodo (1): Es el tiempo necesario para el paso de dos m"imos o mínimos sucesi#os por un punto fijo en el espacio. 7recuencia (8): 9&mero de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad in#ersa al periodo. Longitud de onda (): Es la distancia lineal entre dos puntos equi#alentes de ondas sucesi#as. ;elocidad de propagación (;): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la #elocidad de propagación de la luz en el #acío, se representa con la letra c.
La #elocidad, la frecuencia, el periodo ! la longitud de onda estn relacionadas por las siguientes ecuaciones:
1eorías cunticas: iagrama de 7e!nman donde se muestra el intercambio de un fotón #irtual (simbolizado por una línea ondulada ! ) entre un positrón ! un electrón. La necesidad de reconciliar las ecuaciones de 4a"3ell del campo electromagnético, que describen el carcter ondulatorio electromagnético de la luz, con la naturaleza corpuscular de los fotones, ha hecho que aparezcan #arías teorías que estn a&n lejos de dar un tratamiento unificado satisfactorio. Estas 4
teorías incorporan por un lado, la teoría de la electrodinmica cuntica, desarrollada a partir de los artículos de irac,
racias a esta ecuación podemos conocer una descripción de la probabilidad de que ocurra una interacción u obser#ación dada, en una región determinada. E"isten a&n muchas dificultades teóricas sin resol#erse, sin embargo, la incorporación de nue#as teorías procedentes de la e"perimentación con partículas elementales, así como de teorías sobre el comportamiento de los n&cleos atómicos, nos han permitido obtener una formulación adicional de gran a!uda.
Velocidad de la luz
La #elocidad de la luz en el #acío es por definición una constante uni#ersal de #alor ? @? ABC mDs (apro"imadamenteCF ?C?.G@ millasDs)? G (suele apro"imarse a GH/C mDs), o lo que es lo mismo .AFH/ B mDa$oI la segunda cifra es la usada para definir al inter#alo llamado a$o luz. La primera medición con é"ito fue hecha por el astrónomo danés Jle %oemer en F@F
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Se simboliza con la letra c, pro#eniente del latín celéritKs (en espa$ol celeridad o rapidez). El #alor de la #elocidad de la luz en el #acío fue incluido oficialmente en el Sistema nternacional de +nidades como constante el ? de octubre de CG,A pasando así el metro a ser una unidad deri#ada de esta constante. La rapidez a tra#és de un medio que no sea el M#acíoM depende de su permiti#idad eléctrica, de su permeabilidad magnética, ! otras características electromagnéticas. En medios materiales, esta #elocidad es inferior a McM ! queda codificada en el índice de refracción. En modificaciones del #acío ms sutiles, como espacios cur#os, efecto 'asimir , poblaciones térmicas o presencia de campos e"ternos, la #elocidad de la luz depende de la densidad de energía de ese #acío. +na consecuencia en las le!es del electromagnetismo (tales como las ecuaciones de 4a"3ell) es que la rapidez c de radiación electromagnética no depende de la #elocidad del objeto que emite la radiación. -sí, por ejemplo, la luz emitida de una fuente de luz que se mue#e rpidamente #iajaría a la misma #elocidad que la luz pro#eniente de una fuente estacionaria (aunque el color , la frecuencia, la energía ! el momento de la luz cambiarnI fenómeno que se conoce como efecto oppler ). Si se combina esta obser#ación con el principio de relati#idad, se conclu!e que todos los obser#adores medirn la #elocidad de la luz en el #acío como una misma, sin importar el marco de referencia del obser#ador o la #elocidad del objeto que emite la luz. ebido a esto, se puede #er a c como una constante física fundamental. Este hecho, entonces, puede ser usado como base en la teoría de relati#idad especial. La constante es la rapidez c, en #ez de la luz en sí misma, lo cual es fundamental para la relati#idad especial. e este modo, si la luz es de alguna manera retardada para #iajar a una #elocidad menor a c, esto no afectar directamente a la teoría de relati#idad especial. Jbser#adores que #iajan a grandes #elocidades encontrarn que las distancias ! los tiempos se distorsionan de acuerdo con la transformación de Lorentz. Sin embargo, las transformaciones distorsionan tiempos ! distancias de manera que la #elocidad de la luz permanece constante. +na persona #iajando a una #elocidad cercana a c también encontrar que los colores de la luz al frente se tornan azules ! atrs se tornan rojos.
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Si la información pudiese #iajar ms rpido que c en un marco de referencia, la causalidad sería #iolada: en otros marcos de referencia, la información sería recibida antes de ser mandadaI así, la causa podría ser obser#ada después del efecto. ebido a la dilatación del tiempo de la relati#idad especial, el cociente del tiempo percibido entre un obser#ador e"terno ! el tiempo percibido por un obser#ador que se mue#e cada #ez ms cerca de la #elocidad de la luz se apro"ima a cero. Si algo pudiera mo#erse ms rpidamente que luz, este cociente no sería un n&mero real. 1al #iolación de la causalidad nunca se ha obser#ado. La #elocidad de la luz es de gran importancia para las telecomunicaciones. *or ejemplo, dado que el perímetro de la 1ierra es de A/ /@B Nm(en la línea ecuatorial) ! c es teóricamente la #elocidad ms rpida en la que un fragmento de información puede #iajar, el período ms corto de tiempo para llegar al otro e"tremo del globo terrqueo sería /./F@ s. En realidad, el tiempo de #iaje es un poco ms largo, en parte debido a que la #elocidad de la luz es cerca de un G/O menor en una fibra óptica, ! raramente e"isten tra!ectorias rectas en las comunicaciones globalesI adems se producen retrasos cuando la se$al pasa a tra#és de interruptores eléctricos o generadores de se$ales.
'omunicaciones: La #elocidad finita de la luz se hizo aparente a todo el mundo en el control de comunicaciones entre el 'ontrol 1errestre de 5ouston ! 9eil -rmstrong, cuando éste se con#irtió en el primer hombre que puso un pie sobre la Luna: después de cada pregunta, 5ouston tenía que esperar cerca de G s para el regreso de una respuesta aun cuando los astronautas respondían inmediatamente. e manera similar, el control remoto instantneo de una na#e interplanetaria es imposible debido a que una na#e suficientemente alejada de nuestro planeta podría tardar algunas horas desde que en#ía información al centro de control terrestre ! recibe las instrucciones. La #elocidad de la luz también puede tener influencia en distancias cortas. En los superordenadores la #elocidad de la luz impone un límite de rapidez a la que pueden ser en#iados los datos entre procesadores. Si un procesador opera a >5z, la se$al sólo puede #iajar a un 7
m"imo de G// mm en un ciclo &nico. *or lo tanto, los procesadores deben ser colocados cerca uno de otro para minimizar los retrasos de comunicación. Si las frecuencias de un reloj contin&an incrementndose, la rapidez de la luz finalmente se con#ertir en un factor límite para el dise$o interno de chips indi#iduales. ;elocidad física ! #elocidad coordinada de la luz: ebe tenerse presente, especialmente si se consideran sistemas de referencia no inerciales, que la obser#ación e"perimental de constancia de la luz se refiere a la #elocidad física de la luz. La diferencia entre ambas magnitudes ocasionó ciertos malentendidos a los teóricos de principios de siglo PP. -sí *auli llegó a escribir: 9o se puede hablar !a del carcter uni#ersal de la constancia de la #elocidad de la luz en el #acío puesto que la #elocidad de la luz es constante sólo en los sistemas de referencia de >alileo B
nteracción con materiales transparentes: El índice de refracción de un material indica cun lenta es la #elocidad de la luz en ese medio comparada con el #acío. La disminución de la #elocidad de la luz en los materiales puede causar la refracción, seg&n lo demostrado por este prisma (en el caso de una luz blanca que parte del prisma en un espectro de colores, la refracción se conocen como dispersión). -l pasar a tra#és de los materiales, la luz se propaga a una #elocidad menor que c por el cociente llamado Qíndice de refracciónR del material. La rapidez de la luz en el aire es sólo le#emente menor que c. 4edios ms densos, como el agua ! el #idrio, pueden disminuir ms la rapidez de la luz, a fracciones como GDA ! ?DG de c. Esta disminución de #elocidad también es responsable de doblar la luz en una interfase entre dos materiales con índices diferentes, un fenómeno conocido como refracción. 8
El índice de refracción MnM de un medio #iene dado por la siguiente e"presión, donde M#M es la #elocidad de la luz en ese medio:
a que la #elocidad de la luz en los materiales depende del índice de refracción, ! el índice de refracción depende de la frecuencia de la luz, la luz a diferentes frecuencias #iaja a diferentes #elocidades a tra#és del mismo material. Esto puede causar distorsión en ondas electromagnéticas compuestas por m<iples frecuenciasI un fenómeno llamado dispersión. Los ngulos de incidencia (i) ! de refracción (r) entre dos medios, ! los índices de refracción, estn relacionados por la Le! de Snell. Los ngulos se miden con respecto al #ector normal a la superficie entre los medios:
E"perimentos para retardar la luz: 7enómenos refracti#os tales como el arco iris tienden a retardar la #elocidad de la luz en un medio (como el agua, por ejemplo). En cierto sentido, cualquier luz que #iaja a tra#és de un medio diferente del #acío #iaja a una #elocidad menor que c como resultado de la refracción. Sin embargo, ciertos materiales tienen un índice de refracción e"cepcionalmente alto: en particular, la densidad óptica del condensado de 2oseTEinstein puede ser mu! alta. En , un equipo de científicos encabezados por Lene 5au pudo disminuir la #elocidad de un ra!o de luz a cerca de @ mDs, ! en ?// pudieron detener momentneamente un ra!o de luz. En ?//G, 4ijaíl LuNin, junto con científicos de la +ni#ersidad 5ar#ard ! el nstituto de 7ísica Lébede# (de 4osc&), tu#ieron é"ito en detener completamente la luz al dirigirla a una masa de gas rubidio caliente, cu!os tomos, en palabras de LuNin, 9
se comportaron como Upeque$os espejosV debido a los patrones de interferencia en dos ra!os de control.
%elati#idad: 'on base en el trabajo de
utilizó un espejo con media cara plateada para di#idir un ra!o de luz monocromtica en dos ra!os que #iajaban en ngulos rectos uno respecto del otro. espués de abandonar la di#isión, cada ra!o era reflejado de ida ! #uelta entre los espejos en #arias ocasiones (el mismo n&mero para cada ra!o para dar una longitud de tra!ectoria larga pero igualI el e"perimento 4ichelsonT4orle! actual usa ms espejos) entonces una #ez recombinados producen un patrón de interferencia constructi#a ! destructi#a. 'ualquier cambio menor en la #elocidad de la luz en cada brazo del interferómetro cambiaría la cantidad de tiempo utilizada en su trnsito, que sería obser#ado como un cambio en el patrón de interferencia. En el acontecimiento, el e"perimento dio un resultado nulo. Ernst 4ach estu#o entre los primeros físicos que sugirieron que el resultado del e"perimento era una refutación a la teoría del éter. El desarrollo en física teórica había comenzado a pro#eer una teoría alternati#a, la contracción de Lorentz, que e"plicaba el resultado nulo del e"perimento. Es incierto si Einstein sabía los resultados de los e"perimentos de 4ichelson ! 4orle!, pero su resultado nulo contribu!ó en gran medida a la aceptación de su teoría de relati#idad. La teoría de Einstein no requirió un elemento etérico sino que era completamente consistente con el resultado nulo del e"perimento: el éter no e"iste ! la #elocidad de la luz es la misma en cada dirección. La #elocidad constante de la luz es uno de los postulados fundamentales (junto con el principio de causalidad ! la equi#alencia de los marcos de inercia) de la relati#idad especial.
7ibra Wptica
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La fibra óptica es un medio de transmisión, empleado habitualmente en redes de datos, consistente en un hilo mu! fino de material transparente, #idrio o materiales plsticos, por el que se en#ían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado ! se propaga por el interior de la fibra con un ngulo de refle"ión por encima del ngulo límite de refle"ión total, en función de la le! de Snell. La fuente de luz puede ser lser o un led. Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, !a que permiten en#iar gran cantidad de datos a una gran distancia, con #elocidades similares a las de radio ! superiores a las de cable con#encional. Son el medio de transmisión por e"celencia, al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, ! también se utilizan para redes locales donde se necesite apro#echar las #entajas de la fibra óptica por sobre otros medios de transmisión.
-plicaciones: Su uso es mu! #ariado: desde comunicaciones digitales ! jo!as, pasando por sensores ! llegando a usos decorati#os, como rboles de 9a#idad, #eladores ! otros elementos similares. -plicaciones de la fibra óptica: 'ables submarinos, cables interurbanos, etc.
'omunicaciones con fibra óptica: La fibra óptica se emplea como medio de transmisión en redes de telecomunicaciones !a que por su fle"ibilidad los conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plstico o de #idrio ! algunas #eces de los dos tipos. *or la baja atenuación que tienen, las fibras de #idrio son utilizadas en medios interurbanos. 12
'aracterísticas: La fibra óptica es una guía de ondas dieléctrica que opera a frecuencias ópticas. 'ada filamento consta de un n&cleo central de plstico o cristal con un alto índice de refracción, rodeado de una capa de un material similar con un índice de refracción ligeramente menor. 'uando la luz llega a una superficie que limita con un índice de refracción menor, se refleja en gran parte, cuanto ma!or sea la diferencia de índices ! ma!or el ngulo de incidencia, se habla entonces de refle"ión interna total. En el interior de una fibra óptica, la luz se #a reflejando contra las paredes en ngulos mu! abiertos, de tal forma que prcticamente a#anza por su centro. e este modo, se pueden guiar las se$ales luminosas sin pérdidas por largas distancias. - lo largo de toda la creación ! desarrollo de la fibra óptica, algunas de sus características han ido cambiando para mejorarla. Las características ms destacables de la fibra óptica en la actualidad son: •
'obertura ms resistente
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+so dual (interior ! e"terior
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4a!or protección en lugares h&medos
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Empaquetado de alta densidad
;entajas •
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+na banda de paso mu! ancha, lo que permite flujos mu! ele#ados (del orden del >hz). *eque$o tama$o, por lo tanto ocupa poco espacio.
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>ran ligereza, el peso es del orden de algunos gramos por Nilómetro, lo que resulta unas nue#e #eces menos que el de un cable con#encional. nmunidad total a las perturbaciones de origen electromagnético, lo que implica una calidad de transmisión mu! buena, !a que la se$al es inmune a las tormentas, chisporroteo... >ran seguridad: la intrusión en una fibra óptica es fcilmente detectable por el debilitamiento de la energía lumínica en recepción, adems, no radia nada, lo que es particularmente interesante para aplicaciones que requieren alto ni#el de confidencialidad. 9o produce interferencias.
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nsensibilidad a los parsitos, lo que es una propiedad principalmente utilizada en los medios industriales fuertemente perturbados (por ejemplo, en los t&neles del metro). Esta propiedad también permite la coe"istencia por los mismos conductos de cables ópticos no metlicos con los cables de energía eléctrica. -tenuación mu! peque$a independiente de la frecuencia, lo que permite sal#ar distancias importantes sin elementos acti#os intermedios. *uede proporcionar comunicaciones hasta los @/ Nm. antes de que sea necesario regenerar la se$al, adems, puede e"tenderse a B/ Nm. utilizando amplificadores lser. 7acilidad para localizar los cortes gracias a un proceso basado en la telemetría, lo que permite detectar rpidamente el lugar ! posterior reparación de la a#ería, simplificando la labor de mantenimiento. .
es#entajas: - pesar de las #entajas antes enumeradas, la fibra óptica pre senta una serie de des#entajas frente a otros medios de transmisión, siendo las ms rele#antes las siguientes: •
La alta fragilidad de las fibras. 14
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9ecesidad de usar transmisores ! receptores ms costosos. Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en el campo, lo que dificulta las reparaciones en caso de ruptura del cable. 9o puede transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios. La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de con#ersión eléctricaT óptica.
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La fibra óptica con#encional no puede transmitir potencias ele#adas.
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9o e"isten memorias ópticas.
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La fibra óptica no transmite energía eléctrica, esto limita su aplicación donde el terminal de recepción debe ser energizado desde una línea eléctrica. La energía debe pro#eerse por conductores separados. ncipiente normati#a internacional sobre algunos aspectos referentes a los parmetros de los componentes, calidad de la transmisión ! pruebas.
Espejos
+n espejo es una superficie pulida en la que al incidir la luz, se refleja siguiendo las le!es de la refle"ión. El ejemplo ms sencillo es el espejo plano. En este <imo, un haz de ra!os de luz paralelos puede cambiar de dirección completamente en conjunto ! continuar siendo un haz de ra!os paralelos, pudiendo producir así una imagen #irtual de un objeto con el mismo tama$o ! forma que el real. La imagen resulta derecha pero in#ertida en el eje normal al espejo. 1ambién e"isten espejos cur#os que pueden ser cónca#os o con#e"os. En un espejo cónca#o cu!a superficie forma un paraboloide de re#olución, todos los ra!os que inciden paralelos al eje del espejo, se reflejan pasando por el foco, ! los que inciden pasando por el foco, se reflejan paralelos al eje.
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Los espejos son objetos que reflejan casi toda la luz que choca contra su superficie debido a este fenómeno podemos obser#ar nuestra imagen en ellos.
%elación con la física: *ara una imagen formada por un espejo parabólico (o esférico de peque$a abertura, donde sea #lida la apro"imación para"ial) se cumple que: en la que f es la distancia del foco al espejo, s la distancia del objeto al espejo ! sX la distancia de la imagen formada al espejo, se lee: QLa in#ersa de la distancia focal es igual a la suma de la in#ersa de la distancia del objeto al espejo con la in#ersa de la distancia de la imagen al espejoR.
! en la que m es la magnificación o agrandamiento lateral.
Espejo perfecto: +n espejo perfecto es un espejo teórico que refleja la luz perfectamente. Los espejos domésticos no son espejos perfectos !a que absorben una parte importante de la luz que da en ellos. Los espejos dieléctricos, que generalmente estn hechos de sustratos de cristal en los que se depositan una o ms capas de material dieléctrico, forman una cobertura óptica con propiedades mu! cercanas a las de un espejo perfecto. Los mejores espejos de este tipo pueden reflejar ms del ,CO de la luz que 16
incide en ellos, aunque sólo muestran esta propiedad para un inter#alo concreto de longitudes de onda.
Lentes +n lente es un artefacto óptico capaz de poder des#iar cualquier ra!o de luz. Son artefactos transparentes normalmente de #idrio con dos superficies con al menos una de ellas en cur#a. Los lentes ms comunes estn basados en diferentes tipos de refracción ! son utilizados com&nmente para corregir problemas #isuales en gafas ! anteojos. En algunas ocasiones se utilizan para 1elescopios.
1ipos: Las lentes, seg&n la forma que adopten pueden ser con#ergentes o di#ergentes. Las lentes con#ergentes (o positi#as) son ms gruesas por su parte central ! ms estrecho en los bordes. Se denominan así debido a que unen (con#ergen), en un punto determinado que se denomina foco de imagen, todo haz de ra!os paralelos al eje principal que pase por ellas. *ueden ser: •
2icon#e"as
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*lanocon#e"as
•
'ónca#oTcon#e"as
Los lentes di#ergentes (o negati#as) son ms gruesas por los bordes ! presentan una estrechez mu! pronunciada en el centro. Se denominan así porque hacen di#ergir (separan) todo haz de ra!os paralelos al eje principal que pase por ellas, sus prolongaciones con#ergen en el foco imagen que est a la izquierda, al 17
contrario que las con#ergentes, cu!o foco imagen se encuentra a la derecha. *ueden ser: •
2icónca#as
•
*lanocónca#as
•
'on#e"oTcónca#as
1elescopio El telescopio instrumento óptico que permite #er objetos lejanos con mucho ms detalle que a simple #ista al captar radiación electromagnética, tal como la luz. Es una herramienta fundamental en astronomía, ! cada desarrollo o perfeccionamiento de este instrumento ha permitido a#ances en nuestra comprensión del +ni#erso. El parmetro ms importante de un telescopio es el dimetro de su Qlente objeti#oR. +n telescopio de aficionado generalmente tiene entre @F ! B/ mm de dimetro ! permite obser#ar algunos detalles planetarios ! muchísimos objetos del cielo profundo (c&mulos, nebulosas ! algunas gala"ias). Los telescopios que superan los ?// mm de dimetro permiten #er detalles lunares finos, detalles planetarios importantes ! una gran cantidad de c&mulos, nebulosas ! gala"ias brillantes.
1ipos de telescopios %eflector: +n telescopio reflector es un telescopio óptico que utiliza espejos en lugar de lentes para enfocar la luz ! formar imgenes. Los telescopios reflectores o 9e3tonianos utilizan dos espejos, uno en el e"tremo del tubo (espejo primario), que refleja la luz ! la en#ía al espejo secundario ! este la en#ía al ocular. %efractor +n telescopio refractor es un sistema óptico centrado, que capta imgenes de objetos lejanos utilizando un sistema de lentes con#ergentes en los que la luz se refracta. La refracción de la luz en la lente del objeti#o hace que los ra!os paralelos, procedentes de un objeto mu! alejado (en el infinito), con#erjan sobre un punto del plano focal. Esto permite mostrar los objetos lejanos ma!ores ! ms brillantes.
'assegrain: El 'assegrain es un tipo de telescopio reflector que utiliza tres espejos. El principal es el que se encuentra en la parte posterior del cuerpo del 18
mismo. >eneralmente posee forma cónca#a paraboloidal, !a que ese espejo debe concentrar toda la luz que recoge en un punto que se denomina foco. La distancia focal puede ser mucho ma!or que el largo total del telescopio. El segundo espejo es con#e"o se encuentra en la parte delantera del telescopio, tiene forma hiperbólica ! se encarga de reflejar nue#amente la imagen hacia el espejo principal, que se refleja (en su #ersión original), en otro espejo plano inclinado a AB grados, en#iando la luz hacia la parte superior del tubo, donde est montado el objeti#o. En otras #ersiones modificadas el tercer espejo, est detrs del espejo principal, en el cual ha! practicado un orificio central por donde la luz pasa. El foco, en este caso, se encuentra en el e"terior de la cmara formada por ambos espejos, en la parte posterior del cuerpo. 1elescopios famosos
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El ;er! Large 1elescope (;L1) es en la actualidad (?//A) es el ms grande en e"istencia, compuesto por cuatro telescopios cada uno de C m de dimetro. *ertenece al Jbser#atorio Europeo del Sur ! fue construido en el esierto de -tacama, al norte de 'hile. *uede funcionar como cuatro telescopios separados o como uno solo, combinando la luz pro#eniente de los cuatro espejos.
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El espejo indi#idual ms grande es el del >ran 1elescopio 'anarias, con un dimetro de /,A metros. Se compone, a su #ez, de GF segmentos ms peque$os.
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El telescopio 5ale construido sobre el 4onte *alomar , con un dimetro de B metros, fue el ms grande por mucho tiempo. 1iene un &nico espejo de silicato de boro (*!re" (tm)), que fue notoriamente difícil de construir.
El telescopio espacial SJ5J es un coronógrafo situado en una órbita entre la 1ierra ! el Sol obser#ando ininterrumpidamente al Sol.
-plicaciones de emisión laser
ebido a las propiedades particulares del haz de radiación luminosa con su gran potencia concentrada (el lser), hacen de él una herramienta ideal en muchas aplicaciones donde se precise de una fuente controlada ! localizada de energía. Si 20
a este factor diferenciador inicial se le suma la facilidad para su control automtico ! regulación, se obser#a cómo se amplía el campo de utilización a otros usos en los que la precisión, la minimización de da$os colaterales ! la menor modificación de la características del material circundante ! de sus dimensiones son importantes. e ahí el amplísimo rango de aplicaciones.
-plicaciones a la medicina: El lser en la medicina es cada #ez ms usado al actuar mu! selecti#amente sobre la lesión, da$ando mínimamente los tejidos ad!acentes. *or eso produce mu! pocos efectos secundarios en cuanto a destrucción de otro tejido sano de su entorno e inflamación, así como presentar una esterilización completa al no ser necesario instrumental quir&rjico. En la dermatología, éstos pueden eliminar casi todos los defectos de la piel bajo anestesia local. En oftalmología son utilizados los lseres de e"címero, que eliminan capas submicrométricas de la córnea, modificando su cur#atura. El ojo es transparente a la luz. - menores longitudes de onda el cristalino ! la córnea absorben la radiación ! a ma!ores longitudes de onda son las moléculas de agua presentes en el ojo las que absorben la luz. *or medio de radiación lser es posible en la actualidad tratar casos de desprendimiento de retina.
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-plicaciones a la computación: -plicaciones ms cotidianas de los sistemas lser son, por ejemplo, el lector del código de barras, el almacenamiento óptico ! la lectura de información digital en discos compactos ( ') o en discos #erstiles digitales (;), que se diferencia en que éstos <imos utilizan una longitud de onda ms corta (emplean lser azul en #ez de rojo). Jtra de las aplicaciones son las fotocopiadoras e impresoras lser, o las comunicaciones mediante fibra óptica. Las aplicaciones para un futuro pró"imo son los ordenadores cunticos u ópticos que sern capaces de procesar la información a la #elocidad de la luz al ir los impulsos eléctricos por pulsos de luz proporcionados por sistemas lserI muchos de los componentes electrónicos que tienen en su estructura las computadoras, como por ejemplo resistencias, en las cuales es necesario #olatilizar mu! peque$as cantidades de material para fabricar resistencias de mu! alta precisión.
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'onclusiones Los temas mencionados en este ensa!o han sido de gran utilidad para comprender mucho del funcionamiento de la luz, su fuerza, su naturaleza, dimensión, sus espectros, utilidades ! lo que podemos o no #isualizar. Se tocaron temas mu! interesantes ! los pudimos relacionar con la física para poder comprenderla a fondo. 1ambién es importante mencionar que comprendimos las aplicaciones que la óptica tiene ! ha tenido a lo largo del tiempo desde la e"ploración del uni#erso con la a!uda del telescopio hasta lo &til que resulta el lasser en diferentes ramas de la ciencia.
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e algunas pginas de internet fueron e"traídas las imgenes
http:DD333.la3ebdefisica.comD (apo!o para complementar información)
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