Óptica física

El estudio de la luz ha sido de gran importancia desde tiempo inmemorables, de hecho, los griegos durante la Edad Media realizaron una serie de investigaciones y experimentos para analizarla y estudiarla en detalle. En la actualidad, todo lo relacionado con la óptica sigue ocupando un papel fundamental en el desarrollo tecnológico del mundo. En el campo de la óptica física se utiliza un modelo basado principalmente en el carácter ondulatorio que posee una onda electromagnética cuando se desplaza.

Temas relacionados

Óptica geométrica

¿Qué es la óptica física?

La óptica física u óptica ondulatoria es la ciencia que se encarga de estudiar todos los fenómenos en los cuales la luz se comporta como un tipo de onda clásica y no como un rayo o como una partícula determinada.

Definición

La óptica física es una de las ramas de la óptica que ve a la luz como un tipo de onda que puede propagarse en el espacio. Es una ciencia que mantiene todos los principios y los razonamientos del campo de la física y se encarga de estudiar todos los fenómenos físicos que incluyen aspectos como la interferencia, polarización y la difracción de los rayos. Propone además una serie de modelos predictivos que pueden ser utilizados para entender y conocer la forma en la que la luz puede comportarse antes diferentes tipos de situaciones o en medios determinados.

Qué estudia la óptica física

La óptica física se encarga de estudiar la forma en la que se generan y producen las radiaciones electromagnéticas, sus propiedades y la forma en la que éstas pueden interactuar con la materia. Se enfoca principalmente en encontrar y aplicar nuevos procesos y fenómenos para que sean aplicados en el desarrollo de nuevos dispositivos y aplicaciones innovadoras. Estudia también la interferencia por medio de la cual dos o más ondas de luz pueden encontrarse de manera superpuesta, la difracción o el cambio de dirección en la propagación de la onda luminosa y la polarización, un fenómeno por medio del cual la onda puede vibrar en una única dirección de forma perpendicular al plano del campo eléctrico.

Aplicaciones

Se puede utilizar en los estudios que se hacen a los cristales que se encuentran en estado líquido, para el diseño de sistemas ópticos y en el área de la metrología óptica. Gracias a su aplicación en los cristales es posible en la actualidad contar con la fabricación de computadores, teléfonos móviles, calculadoras y monitores. En el caso de los sistemas ópticos, la óptica física ha tendido importancia en la fabricación de máquinas que permitan procesar, registrar y transmitir la información de las fuentes de luz como las luces LED, lámparas de tungsteno y el láser.

Características de la óptica física

Entre sus principales características se puede mencionar que es una de las ramas de la física. Estudia principalmente la forma en la que se comportan las radiaciones así como las características de las mismas. Tiene como uno de sus objetivos el estudio a profundidad de la reflexión, la refracción, la forma en la que las imágenes se pueden formar y la integración que se da entre la radiación y la materia. Desde su punto de vista, la luz es una onda de tipo electromagnética.

Leyes

Las leyes que rigen la óptica física son:

Leyes de Fresnell y Arago

Estas leyes nos dicen que dos ondas de luz que poseen polarización distinta pero que son coherentes y ortogonales no interfieren entre ellas para crear un patrón de interferencia. También dita que dos ondas de luz que posee una polarización lineal, paralela y además coherente tiene la capacidad de poder interferir en una región determinada del espacio.

Ley de Malus

Esta ley es la que establece que la intensidad que tiene la luz que es transmitida por medio de un polarizados es directamente proporcional al cuadrado del coseno del ángulo que se encuentra formando al eje.

Ley de Brewster

Dice que el haz de luz que es reflejado por medio de una superficie siempre estará polarizado.

Fórmulas

Algunas de las fórmulas utilizadas en la óptica física son:

• Condición de interferencia: dsinθ=mλ, m=0,1,2, …
• Condición de interferencia destructiva: dsinθ=(m+12) λ, m=0,1,2, …
• Interferencia constructiva al producirse un cambio de fase: d=(m+12)λ, m=0,1,2,…

Experimentos

Un experimento sencillo de hacer será el de la caja oscura, para ello se necesita una caja de cartón a la cual se le hará un orificio de pequeño tamaño. En el centro del cartón que ha sido removido se recortará un rectángulo al cual se le coloca un trozo de folio. Se debe colocar aceite en el folio y luego se deja secar. Esta especie de pantalla se coloca en medio de la caja y así se podrán ver las imágenes de forma invertida. Otro experimento que se puede hacer es fabricar una lupa utilizando cartulina y papel aluminio, en el centro de la cartulina se hace un agujero en donde se colocará el papel y con la yema se hará presión para que éste tome la forma del agujero, posteriormente se perfora el centro de la cavidad con un punzón y una gota de agua deberá ser colocada sobre el agujero, esto servirá para dar una descripción de la forma en la que se comporta la luz.

Equipos de medición

Entre los equipos de medición de la óptica física podemos mencionar a la cámara fotográfica, la cinematográfica, en anteojo de Galileo que se usa para poder hacer observaciones a largas distancias, el anteojo astronómico que también se usa para observar los cuerpos celestes, los telescopios, prismáticos y los lentes de aumento.

En qué se diferencia de la óptica geométrica

La principal diferencia que se pueden encontrar entre estas dos ciencias es que la óptica geométrica es la ciencia que se encarga de poder estudiar los fenómenos que se encuentran relacionados con la refracción y la reflexión de la luz mientras que la óptica física estudia todos los fenómenos que están relacionados con la interferencia y con la difracción que poseen las ondas de luz abarcando al mismo tiempo todo lo que tiene que ver con los espectros electromagnéticos.

Importancia de la óptica física

Esta ciencia es muy importate en la actualidad pues es gracias a ella que se pueden realizar diferentes estudios con respecto a los campos electromagnéticos que incluyen aspectos como los rayos X y los microondas. Es de vital importancia también para el campo de la óptica cuántica y brinda apoyo en áreas relacionadas con los estudios de los átomos y las propiedades magnéticas. Gracias a la óptica física se pueden desarrollar actualmente diferentes técnicas con las cuales se puede medir en el área de la nanotecnología óptica, la óptica difractiva, la tomografía y la microscopía cercana. Es fundamental en el avance de las telecomunicaciones, la medicina, la elaboración de alimentos y en muchos casos el entretenimiento.

Ejemplos

Entre los ejemplos más comunes donde se puede observar la óptica física mencionamos los siguientes:

• Arco iris el cual es un fenómeno óptico natural.
• Imágenes que se reflejan en las gotas de agua.
• Piscinas cuando la luz del aire hacia el agua.
• Estrellas cuando la luz del vacío entre en un medio más denso.
• Cámaras de televisión que cuentan con procesos ópticos físicos.

Libros

Algunos libros que pueden ser utilizados para aprender sobre óptica física son:

• Elementos de física óptica.
• Principio de Física y óptica moderna.
• Física óptica, teoría y problemas.
• Problemas de física, óptica, relatividad y física atómica.