Fenómenos Ópticos: Arco Iris, Lentes, Espejos y la Naturaleza de la Luz
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El Fascinante Mundo de los Fenómenos Ópticos
Un arco iris es un fenómeno óptico atmosférico tan bello como poco frecuente. Sabemos que un arco iris se forma debido a la acción de la luz solar sobre las gotas de lluvia, que es descompuesta en los colores del espectro luminoso. Para que esto suceda, el Sol debe brillar a pesar de la lluvia y no debe estar demasiado alto en el cielo; de hecho, cuanto más cerca del horizonte se encuentre el Sol, mayor será el tamaño del arco iris.
En determinadas ocasiones, la luz puede reflejarse más de una vez en las gotas de lluvia, formando un arco iris secundario, que aparece rodeando al arco iris original. Este arco iris tiene una intensidad más débil y se caracteriza porque sus franjas de color se encuentran en orden inverso y están más separadas con respecto a las del arco iris primario.
Radiación Electromagnética
La radiación electromagnética abarca un amplio espectro de ondas, cada una con características y aplicaciones únicas:
- Ondas de radio: 104 - 1010 Hz
- Microondas: 1010 - 1012 Hz
- Radiación infrarroja (IR): 1012 - 4 x 1014 Hz
- Radiación visible: 4 x 1014 - 7,7 x 1014 Hz
- Radiación UV: 7,7 x 1014 - 1017 Hz
- Rayos X: 1017 - 1019 Hz
- Radiación gamma: 1019 - 1022 Hz
- Radiación cósmica: >1022 Hz
Lentes y Refracción
Las lentes son elementos ópticos que refractan la luz para formar imágenes. Su comportamiento se rige por las siguientes reglas:
- Un rayo que incide en la lente paralelamente al eje, la atraviesa y, una vez refractado, el rayo o su prolongación pasan por el foco imagen F2.
- Un rayo que pasa por el centro óptico o centro geométrico de la lente no experimenta ninguna desviación.
- Un rayo cuya dirección pasa por el foco del objeto F1 emerge de la lente paralelamente al eje óptico una vez refractado.
Espejos y Reflexión
Los espejos reflejan la luz, creando imágenes según las siguientes leyes:
- Un rayo paralelo al eje se refleja en la dirección que pasa por el foco F.
- Un rayo que pasa por el centro de curvatura C se refleja volviendo sobre su trayectoria sin desviarse.
- Un rayo cuya dirección pasa por el foco F se refleja paralelamente.
Defectos de la Visión
Hipermetropía
La **hipermetropía** es una dificultad para enfocar claramente los objetos cercanos, pero no los lejanos. El punto remoto está situado más lejos de lo normal (más lejos de 25 cm), debido a que el cristalino presenta un sistema de convergencia del sistema óptico del ojo que no es lo suficientemente convergente, ya que el ojo hipermétrope tiene la lente del cristalino muy poco convergente. El foco imagen del ojo está detrás de la retina cuando el ojo está en actitud de descanso sin empezar la acomodación. Para ver los objetos situados en el infinito tiene que realizar acomodación. El punto remoto es virtual y está detrás del ojo. La hipermetropía se corrige con lentes convergentes, que refractan los rayos acercándolos al eje principal.
Astigmatismo
El **astigmatismo** es una alteración visual producida por un trastorno del enfoque y se produce cuando el ojo tiene una córnea deformada (como si la córnea fuese esférica con una superficie cilíndrica superpuesta) y los objetos puntuales dan como imágenes líneas cortas. Para corregir este defecto se usa una lente cilíndrica compensadora.
Presbicia
La **presbicia**, también denominada vista cansada, se trata de un alejamiento del punto próximo, causado por la edad, y es debido a una reducción de la facultad de acomodación del cristalino por la pérdida de flexibilidad. La presbicia se corrige usando lentes convergentes.
Espejismos
Un **espejismo** es una ilusión óptica debida a la reflexión total de la luz cuando atraviesa capas de aire de densidad distinta, con lo cual los objetos lejanos dan una imagen invertida, como si se reflejaran sobre el agua, tal como ocurre en las llanuras de los desiertos. Es una ilusión, una apariencia engañosa de algo.
Dependiendo de la posición, es posible ver el objeto y su imagen, o solamente la imagen.
Cuando la superficie terrestre se calienta demasiado se produce una condición de equilibrio inestable en que, en lugar de decrecer, la densidad del aire aumenta con la altitud (al menos hasta una cierta altura). Y en consecuencia, el índice de refracción aumenta.
Polarización de la Luz
La **polarización** es un fenómeno exclusivo de las ondas transversales. En los campos electromagnéticos, si conseguimos que uno de los rayos vibre en una dirección, es luz polarizada.
Dispersión de la Luz
La **dispersión de la luz** ocurre en un prisma, que es un medio transparente limitado por dos superficies no paralelas que forman el ángulo del prisma, y su índice de refracción varía con la frecuencia.
Colores y Dispersión
En un medio dispersivo, el índice de refracción *n* varía con la frecuencia *f*. Luces de diferentes colores tienen diferente refracción al atravesar un prisma. La luz blanca incide en un prisma y sale descompuesta por colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, morado).
La luz roja sufre menos desviación, mientras que la luz violeta sufre más desviación.