Fenómenos Ópticos: Refracción, Dispersión, Absorción y Polarización de la Luz

Refracción: Cambio de dirección y velocidad que experimenta la luz al pasar de un medio a otro con diferente densidad óptica. Para que haya refracción, la luz tiene que pasar de un medio a otro (materiales translúcidos).

Leyes de Snell

1. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano.
2. La relación entre los senos del ángulo de incidencia (i) y el ángulo de refracción (r) es directamente proporcional a las velocidades de la luz en ambos medios.

Donde:

• sen: Seno (incidencia y refracción)
• v1: Velocidad en el medio 1
• n1: Índice de refracción del medio 1

Cada medio tiene su propio ángulo de refracción (ángulo crítico - c^). Cuando i^=c^, r^ sale formando un ángulo de 90° (a esto se le llama emergencia de roce). Si i^ es > que c^ no se produce refracción sino reflexión (el seno del ángulo nunca es >1).

Ejemplo: Aire (n=1), agua (n=1.33). ¿c^?

Aplicamos la ley de Snell: sen i / sen r = n1 / n2 -> sen i * n1 = sen r * n2 -> sen i = sen r * n2 / n1 -> sen i = sen 90° * 1 / 1.33 -> sen i = 1 * 1 / 1.33 -> sen i = 0.75 -> arcoseno 0.75 = 48.59°.

Dispersión de la Luz

Dispersión: Fenómeno de la luz muy relacionado con la refracción. Es una refracción selectiva por longitud de onda.

n = c / v

Donde:

• n: Índice de refracción
• c: Velocidad de la luz en el vacío (km/s)
• v: Velocidad de la luz en el medio

v = c / n y v = longitud de onda / t (frecuencia)

Perspectiva Aérea o Velo Atmosférico

Perspectiva aérea o velo atmosférico: El fondo no se ve tan nítido como lo más cercano porque hay muchas capas o distancias entre el fondo y el ojo. En pintura y demás, se usan tonos azules para esta sensación.

Número de Abbe

Número de Abbe: Índices de refracción entre las tres longitudes de onda RGB.

Es una medida de la dispersión o densidad de los diferentes cristales o para medir la diferencia de dispersión entre las diferentes franjas del espectro entre las diferentes longitudes de onda. El número de Abbe se utiliza para combinar diferentes lentes dentro de un objetivo para que unas lentes compensen a otras. Cuando el número de Abbe es mayor, mayor es la calidad del cristal. Es decir, vidrios más o menos dispersivos. El número permite clasificar los cristales en vidrios Flint o Crown.

Tipos de Dispersión

Absorción de la Luz

Absorción: La cantidad de luz que no es ni reflejada ni transmitida, sino absorbida. En función del material, este será más absorbente o no. Es una de las partes de la teoría corpuscular. No afecta mucho visualmente como otros fenómenos.

Transmisión de la Luz

Transmisión: Lo que no es absorbido es transmitido. Existen:

• Cuerpos transparentes: Transmiten prácticamente toda la luz, aunque siempre hay absorción. Pueden ser incoloros o coloreados, cromáticos o acromáticos en función de las longitudes de onda que dejan pasar.
• Cuerpos translúcidos: Dejan pasar un poco menos de luz y no de forma regular, es decir, en una única dirección.
• Cuerpos opacos: Absorben toda la longitud de onda, no hay transmisión.

Diferentes tipos:

• Negro: Absorbe todas las longitudes de onda.
• Blanco: Refleja todas las longitudes de onda.
• Cromático: Absorbe todas las longitudes de onda menos una que refleja y es la que se percibe.
• Gris: Refleja parcialmente las longitudes de onda.

Interferencia de la Luz

Interferencia: Cuando dos o más rayos luminosos de la misma longitud de onda se superponen, forman una única onda cuya amplitud es la suma de las amplitudes de las ondas correspondientes y además tienen que estar en fase. Si es en contra, la interferencia se llama destructiva (sirve para hacer capas antirreflejantes de los objetivos, gafas…).

T = Grosor de la capa antirreflectante.

Longitud de onda: t = (longitud de onda / 2) + 1.

Los cristales dicroicos generan difracción, reflejan unas longitudes de onda y absorben otras.

Difracción de la Luz

Difracción: Desplazamiento de la trayectoria rectilínea de la luz cuando llega a un borde opaco. Se produce con los diafragmas al máximo, por ejemplo.

Polarización de la Luz

Polarización: Este fenómeno puede ir unido a otro. Si no se corrige, se generan reflejos y saturación del color (si queremos este efecto, la polarización de la luz es buena). La polarización de doble refracción se usa en muchos campos como la cristalización de minerales, en el mundo científico y biológico y, sobre todo, en fotografía. La reflexión especular es el tipo de polarización más habitual (reflejos en espejos).

El máximo ángulo de polarización se produce cuando la tangente del ángulo de incidencia en una superficie es igual al índice de refracción de la superficie.

Tgi = n

Se denomina Ley de Brewster: la luz puede ser polarizada cuando la tangente del ángulo incidente (i) es igual al índice de refracción (n) en ese medio.

Material Birrefringente

Material birrefringente: Doble refracción. La luz sale polarizada. Ya no es transversal, sino 2 rayos, ambos polarizados (1 extraordinario y otro ordinario).

Polarizadores Sintéticos

Polarizadores sintéticos: Cristales que tienen microcristales en una orientación determinada, que hacen que se produzca la polarización. Los cristales están hechos de un material parecido a la turmalina que, combinado con un plástico, da la polarización.