La luz desde los prismas ópticos

El prisma óptico, también conocido como el prisma de Newton es el objeto capaz de refractar, reflejar y descomponer la luz, la cual penetra por una de las caras del prisma y se refracta hasta descomponerse en diferentes colores, debido a que el grado de separación varía en función de la longitud de onda de cada color. Los prismas actúan de este modo gracias a que la luz cambia de velocidad cuando pasa del aire al cristal del prisma. Una vez separados los colores, Newton utilizó un segundo prisma para volver a refractarlos y que formaran de nuevo luz blanca.

Cuando un haz de luz atraviesa un prisma a la misma velocidad, este hace que la luz se ralentice y curva su camino gracias a su poder de refracción, este efecto es mucho más preciso cuando la longitud de onda es corta ya que al salir del prisma, cada uno de los componentes del haz de luz retoma la misma velocidad y se refracta de nuevo.

Un prisma de instrumentos ópticos  

Los seres humanos percibimos las imágenes de los objetos que nos rodean por medio del ojo, pero desde siempre la curiosidad ha sido mayor para poder contemplar objetos lejanos, objetos cercanos, objetos diminutos o los más grandes; para poder satisfacer esta curiosidad, el ser humano se ha valido de instrumentos que han sido usado a lo largo de la historia.

De forma simplificada, podemos afirmar que el ojo humano está constituido por un lente y una superficie fotosensible, donde la luz ingresa en el ojo a través de la pupila, la cantidad de luz que ingresa en el ojo se controla mediante el iris, el cual varia el tamaño de la pupila y los músculos ciliares controlan la curvatura del cristalino, la retina fotosensible está constituida por los receptores, denominados conos y bastones.

Vistas lejanas ópticas

Dentro de los instrumentos ópticos para ver objetos lejanos, podemos encontrar el Sextante, el Catalejo, el Periscopio, los Prismáticos, pero, es el Telescopio el instrumento que permite ver objetos lejanos con mayor detalle que a simple vista. Su invención se encuentra atribuida a Hans Lippershey pero, fue Galileo Galilei quien mostró, en 1609 el primer telescopio astronómico y que se encontraba construido con lentes, atribuyendo el nombre de telescopio refractor.

El telescopio reflector que llevan un espejo cóncavo en lugar de la lente del objetivo, fue construido por Isaac Newton en 1688 que constituyó un importante avance sobre los telescopios de su época al corregir fácilmente la aberración cromática, características de los telescopios refractores.

Pequeños detalles ópticos

La lupa es un pequeño instrumento óptico, que se utiliza para observar los pequeños detalles más de cerca y cuando utilizamos este instrumento, la luz antes de llegar a nuestros ojos tiene que atravesar el lente y como su superficie es curva, debido al uso de un lente convergente, los rayos no lo atraviesan en línea recta, sino que se desvían, permitiendo que las imágenes se vean más grandes.

Otro instrumento usado para observar objetos que son demasiados pequeños para ser vistos a simple vista, es el microscopio, el cual consta de un única lente pequeño y convexo, el cual se encuentra montado sobre una plancha, con un mecanismo para sujetar el material que se iba a examinar y su origen se remonta al siglo XVII, cuando Anton Van Leeuwenhoek describió por primera vez las bacterias, los espermatozoides y los glóbulos rojos utilizando microscopios simples de fabricación propia.

La luz se refleja o se refracta  

La luz es una perturbación de la longitud de onda en un campo electromagnético en forma de radiación que se propaga a una velocidad definida capaz de ser percibida por el ojo humano y cuya frecuencia determina su color. Los fenómenos de la luz son alteraciones que se experimentan al someterse a determinados medios o a determinadas condiciones físicas, ya que muchos de ellos son visibles a diario, pero no sabemos bien cómo operan.

La reflexión de la luz

La reflexión de la luz es un fenómeno físico que consiste en el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz cuando incide sobre una superficie y de acuerdo a la superficie en que incida el haz luminoso podemos hablar de diferentes clases de reflexión; si nos referimos a que la luz incide en una superficie opaca, pero no pulimentada y que a su vez presenta irregularidades o rugosidades, haciendo que la luz se refleje en distintas direcciones, estaríamos hablando de una reflexión difusa o irregular y gracias a este tipo de reflexión es posible percatarse de la existencia de luz en algún lugar.

Si hablamos que la luz incide en superficies pulimentadas como los espejos, estamos hablando de una reflexión especular o regular  y en ellos la reflexión se produce en una sola dirección y gracias a ello es posible formar imágenes cuando un haz o conjunto de rayos paralelos incide sobre esta obedeciendo a la ley de reflexión por lo que ángulo de incidencia de los rayos es igual al ángulo de reflexión.

Las leyes de la reflexión de la luz

Leyes de la reflexión de la luz.

Las leyes de la reflexión de la luz explican la propagación del rayo de luz cuando se devuelve. Existen dos leyes:

  • Primera ley: el rayo incidente, la normal a la superficie de incidencia y el rayo reflejado están en el mismo plano.
  • Segunda ley: el ángulo de incidencia α y el ángulo de reflexión β son iguales. Si el ángulo de incidencia es igual a 30 °C, el ángulo de reflexión es igual a 30 °C. Si la luz incide perpendicularmente, el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales a 0 °C, por lo que la luz será reflejada invirtiendo el sentido de la propagación.

La refracción de la luz

La refracción de la luz se presenta cuando la luz pasa de un medio a otro. Es el fenómeno que explica por qué un objeto recto se ve doblado cuando lo introducimos en agua. El rayo de luz se desvía al pasar a un medio diferente del que procede.

Leyes de la refracción de la luz.

Las leyes de la refracción explican cómo se produce este fenómeno y fue el físico y matemático Christiaan Huygens quien dedujo estas leyes que se resumen en:

  • Primera ley: el rayo incidente en la superficie de separación de dos medios, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo refractado están en el mismo plano.
  • Segunda ley: los índices de refracción n1 y n2, el ángulo de incidencia α1 y el ángulo de refracción α2 se relacionan por la siguiente expresión: n1*sen (α2 ) = n2*sen (α2)

Cuando la luz incide perpendicularmente (ángulo de incidencia igual a 0) no hay desvío de la luz, es decir, el rayo incidente sigue su trayectoria lineal.

Ahora bien, queremos compartir la información más pertinente sobre la física de la luz, Snell y los lentes en forma de infografía.

Autor: Raúl David Peña Pedraza – Juan Carlos Talero Sánchez.

Editor: Carlos Iván Pinzón Romero.

Código: UCCG-102/82.

Universidad: Universidad Central.

Fuentes:

Avanzada, Á. O. (2020). Prisma óptico [Imagen]. Área Oftalmológica Avanzada. https://areaoftalmologica.com/wp-content/uploads/prisma-optico.jpg

Beléndes, A. (2008). La unificación de luz, electricidad y magnetismo: la “síntesis electromagnética” de Maxwell. Universidad de Alicante. https://www.scielo.br/j/rbef/a/jfcMcZXBb3dvkCrNzyVmVgP/?format=pdf&lang=es

Del Mazo Vivar, A., Velasco Maíllo, S., & García-Molina, R. (2020). Recomposición de un rayo de luz blanca descompuesto por un prisma. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 17(3), 1–9. https://doi.org/10.25267/rev_eureka_ensen_divulg_cienc.2020.v17.i3.3402

Gómez, E. (2006). Guía básica de óptica geométrica. Universidad de Sevilla. http://laplace.us.es/campos/optica/general/opt-guia1.pdf

Jiménez, N. C. (2019). Reflexión de la luz. Cursos Online Web. https://cursosonlineweb.com/reflexion_de_la_luz.html

López Figueroa, A. D. (2019). Aprendizaje significativo en la enseñanza de los fenómenos de reflexión y refracción de la luz desde una estrategia didáctica mediada por actividades experimentales. [Trabajo de investigación, Maestría, Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín]. Repositorio Institucional – Universidad Nacional de Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/69639

Montalvano, C. (2010). Óptica. Universidad Nacional Autónoma de México. http://bct.facmed.unam.mx/wp-content/uploads/2018/08/1_optica.pdf

Ruiz, D. Pérez, Y. Montiel, L. (2018). Seminario de graduación para optar al título de licenciado en Física-Matemática. Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua.

Tomé, C. (2019). Reflexión y refracción de la luz. Cuaderno de Cultura Cientí­fica. https://culturacientifica.com/2019/03/12/reflexion-y-refraccion-de-la-luz/

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