Fundamentos de la Óptica Física: Reflexión, Refracción y Espectro Luminoso

La Luz: Naturaleza y Propagación

La luz es aquella parte de las ondas electromagnéticas a las que resulta sensible el ojo humano, y cuya longitud de onda está comprendida aproximadamente entre los 3800 Å y los 7600 Å (Ångströms).

Se trata de una onda transversal que puede propagarse a través del vacío y de algunos medios materiales (medios transparentes).

Características de la Energía Luminosa

• Se propaga en medios uniformes (misma composición y propiedades físicas en todas direcciones).
• Al encontrar el límite de separación entre dos medios, la luz se refleja.
• Se refracta cuando pasa de un medio a otro en el que se mueve con distinta velocidad.
• Experimenta una serie de fenómenos ondulatorios (interferencia, difracción, polarización).

La Refracción de la Luz

La refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio a otro en el que se propagan con distinta velocidad. Por ejemplo, al pasar del aire al agua, la luz se desvía, es decir, se refracta.

Leyes Fundamentales de la Refracción

1. El rayo refractado, el rayo incidente y la normal se encuentran en un mismo plano.
2. El rayo refractado se acerca a la normal cuando pasa de un medio en el que se propaga a mayor velocidad a otro en el que se propaga a menor velocidad. Por el contrario, se aleja de la normal al pasar a un medio en el que se propaga a mayor velocidad.

El Índice de Refracción ($n$)

La relación entre la velocidad de la luz en el vacío ($c$) y la velocidad de la luz en un medio en el que pueda propagarse ($v$) se denomina índice de refracción ($n$) de ese medio:

$$n = c / v$$

Relación de Densidad y Normal:

• Si $n_1 \geq n_2$: La luz pasa a un medio menos denso y se aleja de la Normal (N).
• Si $n_1 \leq n_2$: La luz pasa a un medio más denso y se acerca a la Normal (N).

La Reflexión de la Luz

La reflexión se produce cuando la luz encuentra en su camino una superficie que la obliga a desviarse, transmitiéndose en el mismo medio, pero con una dirección diferente a la incidente.

Leyes de la Reflexión

1. El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales.
2. El rayo incidente, el rayo reflejado y la Normal se encuentran en el mismo plano.

Definición de Medio Uniforme

Un medio uniforme es aquel que posee la misma composición y las mismas propiedades físicas en todas direcciones.

Ejemplos de Fenómenos Luminosos

• Reflexión de la luz: Un espejo.
• Refracción de la luz: Una lupa o el arcoíris.
• Difracción de la luz: La luz que pasa a través de las persianas.
• Polarización: Los vidrios polarizados.

Óptica Geométrica: Tipos de Espejos

• El espejo plano da origen a una imagen virtual, ubicada a la misma distancia del espejo que el objeto.
• El espejo cóncavo hace converger la luz en el punto focal y es capaz de generar distintos tipos de imágenes (reales y virtuales), más grandes o más pequeñas que el objeto, y derechas o invertidas.
• El espejo convexo dispersa la luz y solo produce imágenes virtuales, pequeñas y derechas.

Composición de la Luz Blanca

La luz blanca se compone de los diferentes colores del espectro visible (el arcoíris): violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo.