La ciencia detrás la luz

A lo largo de la historia la ciencia ha jugado un papel fundamental en el desarrollo de nuevas tecnologías; ordenando, interpretando y analizando fenómenos naturales, sociales y artificiales. De allí se desprenden tres grandes ramas como son las ciencias naturales, ciencias sociales y ciencias formales las cuales se dividen entre sí los conocimientos fundamentados en la naturaleza, la realidad del ser humano como individual y colectivamente, y la abstracción de la realidad respectivamente. 

La luz es un fenómeno que justamente es estudiada por una rama de las ciencias naturales, esta ciencia recibe el nombre de óptica; la cual ha sido de vital importancia para avances en otras ramas de la ciencia como la astronomía, ingeniería y la medicina; gracias al estudio, investigación y desarrollo de herramientas como el espejo, telescopio, microscopio, lentes, etc.

Bases de la óptica

Las bases de la ciencia visual o la óptica comienzan en el antiguo Egipto, donde alrededor de los años 750 a.C se fabricó el lente de Nimrud; el lente fue descubierto por el arqueólogo Austen Henry Layard en Nimrud o Kalkhu, antigua capital Asiria; básicamente es un lente fabricado a base de una pieza de cristal de roca, de aproximadamente 38 mm de diámetro y 6mm de grosor; la cual probablemente fue utilizada para reflejar los rayos solares o con fines astronómicos.

Años después filósofos reconocidos como Platón, Aristóteles y Demócrito también realizaron experimentos para comprender la naturaleza de la luz. Siguiendo sus pasos, científicos y alquimistas islámicos generaron nuevos avances en los conocimientos de la óptica; el más reconocido fue Abu Ali-al-Hasan (Siglo XI) quien es mejor conocido como el padre de la óptica por su libro de óptica; en el cual explica los fenómenos de la refracción y reflexión.

Con la llegada del renacimiento, en Europa comenzaron a surgir diferentes movimientos que impulsan la investigación de fenómenos más a fondo; llevando así a la invención de los primeros anteojos prácticos, desarrollados por Roberto Grosseteste y Roger Bacon en 1986.

¿Qué es la luz?

La luz es una parte del espectro electromagnético el cual es percibible a la vista humana, sin embargo el espectro electromagnético está compuesto por otras varias radiaciones; la caracteristica principal de la luz, no necesita un medio material para su propagación por ende pueden ser transmitidas a través del vacío, llegando a una velocidad de propagación de 300.000 Km/s. Esta velocidad es la más rápida que se puede alcanzar en la naturaleza. Cabe aclarar que la velocidad de la luz puede verse disminuida según el medio en el que se propague; por ejemplo, la velocidad de luz a través del agua es de 226.000 Km/s.

Por otro lado la luz puede verse como una onda de energía, la cual viaja en distintas frecuencias y rebota en diferentes direcciones; generando fenómenos conocidos como las sombras y los colores. La luz puede transmitir energía a otros elementos de la naturaleza; hay organismos que aprovechan la luz para transformarla en calor o en proteínas.

¿Qué es el eje óptico?

El eje óptico es una línea imaginaria que poseen todos los cristales o lentes; en algunos casos pueden ser en una sola dirección o en varios según el tipo de lente y la funcionalidad del mismo. Además varía según la isotropía o anisotropía de los materiales de los que se componen los cristales o lentes. Cuando el material es isotrópico, quiere decir que la refracción del mismo tiende a comportarse de igual manera sin importar su dirección; por otro lado al ser anisotrópico la dirección de refracción de los rayos luminosos que atraviesan el cristal pueden tener comportamientos y propiedades diferentes.

Otra definición del eje óptico es la de una dirección de isotropía inmersa en los cristales; siendo una de las cualidades más estudiadas e importantes de los lentes, ya que puede afectar el rendimiento dependiendo del uso que se le de al lente; además la aplicación de los lentes se determina según su eje óptico.

¿Qué son los espacios objeto e imagen?

Los espacio objeto e imagen son estudiados en dioptrios los cuales son sistemas ópticos compuestos por una superficie; la cual se usa para estudiar los efectos de la refracción en superficies isotrópicas. El espacio objeto en terminos de dioptrios, es aquel que se ubica al lado del dioptrio donde se ubica el objeto que se está visualizando. El espacio imagen es el ubicado al otro lado del dioptrio donde se genera la imagen reflejada.

¿Qué es un rayo radial?

El rayo radial es un línea recta que sale de la parte superior del objeto que se está visualizando y tiene como destino el centro del dioptrio; este al ser un rayo que no se refracta, continua su dirección origen una vez atraviesa el dioptrio; además su ángulo de incidencia es nulo o igual a 0.

¿Qué son las ondas luminosas según la ciencia?

Las ondas luminosas u ondas de luz hacen parte del espectro electromagnético, principalmente se proyecta como un rayo de color blanco; sin embargo de esta se desprenden todos los colores que podemos percibir normalmente diferenciandose entre si por sus frecuencias. Una de sus principales características además de ser de las pocas ondas que son visibles al ojo humano, son cortas a comparación de otras ondas, la más larga es la que proyecta el color rojo la cual tiene una frecuencia de 100.000.000 de Megaherzios por segundo.

Primer y segunda ley cientifica de la reflexión de la luz

En la ciencia, el cambio de dirección de los rayos de luz se genera cuando en su camino se interpone un objeto o alguna superficie opaca, a este efecto se le denomina reflexión de la luz y existen dos tipos:

La reflexión difusa es aquella reflexión que se da sobre una superficie opaca que no es lisa y tiene ciertas irregularidades,  lo que produce que a pesar de que los rayos incidentes sean paralelos, los rayos reflejados no lo sean, saliendo disparados en distintas direcciones.

La reflexión especular por otro lado se presenta cuando los rayos incidentes se estrellan con una superficie pulida o completamente lisa, lo que genera que la paralelidad de los rayos incidentes se mantengan en los rayos reflejados.

Primer y segunda ley de la refracción la luz

En la ciencia, el cambio de dirección de los rayos de luz que se generan a partir del cambio de medio o superficie en el cual incide, a este efecto se le denomina refracción de la luz y se origina debido a que la velocidad de la propagación de la luz cambia según el medio en el que se encuentre, siendo 300.000Km/s en el vacío y 226.000Km/s en agua.

En la refracción es esencial el índice de refracción el cual se representa por una “n” y es el resultado de la división de la velocidad de la luz en el vacío sobre la velocidad de la luz en el medio en el cual se encuentra.

Según la primera ley de la refracción, los rayos tanto incidentes como reflejados están en el mismo plano, por ende a pesar de que desde el frente de la imagen se pueda ver un desplazamiento en los rayos, desde la parte superior se pueden ver continuos.

La segunda ley de la refracción denominada la ley de snell, la cual determina que además de ser necesario el cambio de medio para que se de la refracción de la luz, también es necesario que sus índices de refracción sean diferentes además de que la dirección del rayo incidentes debe ser oblicua.

¿Qué es el prisma óptico, y cual es la ciencia dentras?

Un prisma óptico es un instrumento de cristal o de cualquier material que permita reflejar y refractar los rayos luminosos, además de descomponer la luz en los colores presentes en el arco iris; los primas son los utilizados para desviar ciertos rayos del ojo que pueden ser perjudiciales para algunos pacientes.

Existen varios tipos de prismas, la principal característica que los diferencia entre ellos es la figura geométrica que generan sus paredes, o dicho de otra manera los lados que tiene el prisma, entre ellos están los prismas triangulares, cuadrangulares, pentagonales y hexagonales.
En los prismas también se puede evidenciar la ley de Snell, donde los el rayo incidente al cambiar el medio del aire o del vacío por el del prisma, cambia su dirección y se descompone en los colores del arco iris, sin embargo cuando vuelve a cambiar de medio al salir de prisma al vacío nuevamente cambia su dirección, sin embargo no vuelve a la dirección inicial sino que tiene un cambio de 180 grados.

Por ejemplo un rayo que tenga una dirección diagonal descendente, al salir del otro lado del prisma va a tener una dirección diagonal pero descendente.

Autor: William David Díaz Bernal y Elkin Leonardo Zambrano Bernal

Evaluador: Carlos Pinzón

Codigo: UCCG-81

Universidad: Universidad Central

Fuentes:

Moreno Fernandez, M. (2009). La luz. Revista Digital Educación y Experiencias Educativas, 1980-6047, 1-2. URL https://archivos.csif.es/archivos/andalucia/ensenanza/revistas/csicsif/revista/pdf/Numero_18/MARIA_MORENO_1.pdf
¿Qué es la luz?. (2018). National Geographic. URL https://www.ngenespanol.com/traveler/luz-electricidad/
Coluccio Leskow, E. (2021). Óptica. Concepto. URL https://concepto.de/optica/#:~:text=de%20la%20luz-,Historia%20de%20la%20%C3%B3ptica,lente%20de%20Nirmud%20
¿Qué es un eje óptico?. (s.f.). Netinbag.com. URL https://www.netinbag.com/es/science/what-is-an-optical-axis.html
Dorronso Díaz, C, et all. (s.f.). Mineralogía Óptica. OpticalMine. URL http://edafologia.ugr.es/optmine/intro/ejeopt.htm
Reflexión de la luz. (2018). Fisic. URL https://www.fisic.ch/contenidos/optica/reflexi%C3%B3n-de-la-luz-y-espejos-planos/
Refracción de la luz. (2021). Significados. URL https://www.significados.com/refraccion-de-la-luz/#:~:text=La%20ley%20de%20Snell%20o,la%20superficie%20que%20los%20separa.&text=%CE%B82%20es%20el%20%C3%A1ngulo%20de%20refracci%C3%B3n%20del%20rayo%20refractado.
Franco Garcia, A. (s.f.). Movimiento Ondulatorio. Curso de física interactiva en internet. URL http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/ondas/reflex_trans/prisma/prisma.html

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