Entendiendo la Interacción de la Luz y la Materia: Reflexión, Refracción y Polarización

Introducción a los Métodos Ópticos

Los métodos ópticos se basan en la interacción entre radiación electromagnética (EM) y la materia, o en la radiación EM emitida por la materia. Incluyen todo el espectro electromagnético: desde rayos gamma hasta ondas de radio. La radiación EM es una emisión de energía en forma de ondas que se propagan en línea recta, oscilando en todas las direcciones alrededor de un eje.

La Naturaleza Dual de la Luz

La luz presenta una dualidad onda-partícula. Se comporta como ondas (frecuencia, longitud de onda, amplitud, velocidad) y como partícula.

Propagación de la Luz y Fenómenos Asociados

La luz se propaga en línea recta en medios homogéneos.

Fenómenos Clave:

• Reflexión: Cambio de dirección de la luz al chocar con una superficie.
• Refracción: Cambio de dirección al pasar de un medio a otro con distinto índice de refracción.
• Difracción: Desviación de la luz al bordear un obstáculo.
• Interferencia: Superposición de ondas (constructiva o destructiva).
• Dispersión: Separación de la luz en diferentes longitudes de onda (ej. prisma).

Efecto Invernadero

La radiación solar llega a la Tierra como onda corta (UV y visible). Parte es absorbida, reflejada por nubes o llega a la superficie (visible). La Tierra devuelve energía como onda larga (infrarrojo). Los gases de efecto invernadero (GEI) retienen parte de esta energía. Equilibrio natural: temperatura media = 14 ºC. Sin GEI: -18 ºC (inhabitable). Exceso de GEI = aumento de temperatura global = cambio climático.

Refracción de la Luz: Ley de Snell e Índice de Refracción

Refracción: Cambio de dirección de la luz al pasar entre medios con distinto índice de refracción.

Ley de Snell: N1·sin(O1)= N2·sin(O2)

Índice de Refracción: c: velocidad de la luz en el vacío, v: velocidad de la luz en el medio. Cuando el índice de refracción (n) aumenta: la velocidad disminuye y el rayo se desvía hacia la normal.

Otros Fenómenos Relacionados:

• Reflexión Total Interna: El ángulo de incidencia supera el ángulo límite y la luz no sale del medio.
• Dispersión: Separación de colores.

Luz Polarizada y Polarimetría

Luz Polarizada: Tiene vibraciones en un solo plano. Se obtiene por: Filtros polarizadores, Reflexión (en el ángulo de Brewster), Dispersión.

Polarimetría: Estudia el efecto de sustancias ópticamente activas sobre la luz polarizada. Estas sustancias rotan el plano de la luz polarizada:

• Dextrógiras: Rotan a la derecha (+).
• Levógiras: Rotan a la izquierda (−).

Fórmula de Rotación Específica:

[α]: rotación específica (grados), α: rotación observada, l: longitud del tubo polarimétrico (dm), c: concentración (g/mL)