Guia Completa d'Ones i Òptica: Propietats i Fenòmens

Què és una Ona? Definició Fonamental

Ona: propagació d'una pertorbació a l'espai, sense que hi hagi propagació de matèria, només d'energia.

Tipus d'Ones: Classificació Detallada

Segons la direcció de propagació:

• Longitudinals: la direcció de vibració de les partícules coincideix amb la direcció de propagació de l'ona. Exemples: molla, so.
• Transversals: la direcció de vibració de les partícules és perpendicular a la direcció de propagació de l'ona. Exemples: corda, ones electromagnètiques.

Segons el medi de propagació:

• Mecàniques: necessiten un medi material per propagar-se (exemple: so).
• Electromagnètiques: es poden propagar pel buit (exemple: llum).

Segons el front d'ona:

• Esfèriques
• Planes
• Circulars

Propietats Característiques de les Ones

Principi de Huygens

Aquest principi ens explica com es propaguen les ones en els medis homogenis. Segons aquest principi, quan un front d'ona arriba a un medi, cada punt del medi es converteix en un punt emissor d'ones esfèriques elementals, i l'envolupant tangent a totes aquestes ones secundàries és el nou front d'ona.

Difracció

És una de les propietats més característiques d'una ona i que permet distingir el comportament ondulatori del corpuscular. És la propietat que permet a una ona passar a l'altre costat d'una escletxa o bé vorejar obstacles en el seu camí. Per poder observar la difracció, necessitem que la mida de l'obstacle o l'obertura sigui de l'ordre de la longitud d'ona; per això va costar molt difractar la llum.

Interferències

És l'altra propietat característica de les ones. Té lloc quan dues ones similars (mateixa freqüència o longitud d'ona) es propaguen en el mateix medi i es troben en un punt. En aquest punt, s'obté una ona que és el resultat de la superposició (combinació) de les altres dues.

Si y₁ i y₂ són les elongacions de les ones individuals, l'elongació resultant y és y = y₁ + y₂.

• Si l'ona resultant té una amplitud més gran que les altres dues per separat, parlem d'interferència constructiva.
• Si l'ona resultant té una amplitud menor que les altres dues (o fins i tot nul·la), parlem d'interferència destructiva.

Reflexió i Refracció de les Ones

Quan una ona es propaga per un medi i es troba amb la superfície de separació d'un altre medi diferent, aquesta ona pateix dos efectes:

• Reflexió: una part de l'ona xoca i rebota, tornant al medi original.
• Refracció: una altra part de l'ona xoca i continua movent-se per l'altre medi, canviant generalment la seva direcció i velocitat.

Snell va deduir dues lleis per relacionar aquests efectes (Lleis de Snell):

Primera llei de Snell (llei de la reflexió):

[Contingut de la primera llei de Snell pendent]

Segona llei de Snell (llei de la refracció):

[Contingut de la segona llei de Snell pendent]

Introducció a l'Òptica

L'òptica és la part de la Física que estudia la llum i els fenòmens lluminosos.

Òptica Geomètrica

Estudia la llum sense tenir en compte la seva naturalesa (corpuscular o ondulatòria). Per fer-ho, es basa en conceptes geomètrics molt senzills:

• La llum es pot representar per un raig.
• La llum es mou en línia recta en medis homogenis i isòtrops.
• S'apliquen les lleis de Snell quan la llum canvia de medi.

Lents

Una lent és un medi transparent delimitat per dues superfícies, almenys una de les quals és corba. Les lents primes són de dos tipus principals:

• Convergents: fan convergir els raigs de llum paral·lels en un punt (focus).
• Divergents: fan divergir els raigs de llum paral·lels com si provinguessin d'un punt (focus virtual).

Formació d'Imatges en Miralls

Els miralls són cossos opacs, amb una superfície llisa i polida (brillants) que reflecteixen la llum de forma regular (reflexió especular). Segons la seva forma, podem classificar els miralls en:

• Plans
• Esfèrics:
  • Còncaus
  • Convexos

L'Ull Humà i els Defectes de Visió

L'ull és l'òrgan sensorial de la visió. De vegades, la formació d'imatges a l'ull no és perfecta, donant lloc a defectes refractius:

Miopia

En la miopia, la imatge es forma davant de la retina. Les persones que tenen aquest defecte tenen problemes per enfocar objectes llunyans. Aquest problema se soluciona amb una lent divergent.

Hipermetropia

En la hipermetropia, la imatge es forma teòricament darrere de la retina. Les persones que pateixen aquest defecte tenen problemes per enfocar objectes propers. Aquest problema se soluciona amb una lent convergent.