Naturaleza de la Luz: Teoría Corpuscular y Ondulatoria, Ametropías y Leyes de Reflexión y Refracción

Naturaleza de la Luz: Teoría Corpuscular y Ondulatoria

La cuestión sobre cuál es la naturaleza de la luz ha supuesto un problema desde la antigüedad hasta el siglo XX. A lo largo de la historia se han desarrollado principalmente dos teorías contrapuestas: la teoría corpuscular, que considera que la luz está compuesta de partículas o corpúsculos, y cuyo principal representante fue Newton, y la ondulatoria, que defiende que la luz se comporta como una onda. Las dos teorías explicaban los fenómenos de reflexión y de refracción. Sin embargo, sólo la teoría ondulatoria pudo explicar satisfactoriamente los fenómenos de interferencia y de difracción y el hecho de que la velocidad de la luz es mayor en los medios menos densos. Esto, junto al desarrollo del electromagnetismo por Maxwell, consolidó como válida la teoría ondulatoria. En el siglo XIX la cuestión quedó zanjada y se admitió que la luz era una onda electromagnética.

Sin embargo, a principios del siglo XX, Einstein tuvo que recurrir de nuevo a la naturaleza corpuscular de la luz para explicar ciertos fenómenos de emisión y absorción de luz por la materia, como el efecto fotoeléctrico. A partir de entonces se introdujo en Física la dualidad onda-corpúsculo de la luz, que significa que la luz tiene las dos naturalezas: en unos fenómenos se comporta como una onda electromagnética de una cierta frecuencia, y en otros se comporta como un flujo de partículas llamadas fotones con una determinada energía.

Ametropías: Defectos Refractivos del Ojo

Las ametropías son defectos refractivos del ojo debidos a un exceso o defecto de potencia óptica, que tienen como consecuencia que la imagen formada por el ojo en la retina esté desenfocada. Decimos que un ojo es emétrope cuando no presenta ametropías, es decir, cuando su potencia es la adecuada en relación con su tamaño, de manera que el foco imagen está situado en la retina y las imágenes están enfocadas. Hay tres tipos de ametropías: miopía, hipermetropía y astigmatismo.

Miopía

El ojo tiene un exceso de potencia con relación a su tamaño, por lo que el foco imagen está situado antes de la retina. En los ojos miopes las imágenes de objetos lejanos estarían enfocadas en un plano anterior, pero son borrosas en el plano de la retina. La miopía se corrige con una lente divergente con la potencia (negativa) adecuada para restar el exceso de potencia del ojo y conseguir que los rayos se enfoquen en la retina.

Hipermetropía

Ocurre lo contrario que en la miopía: el foco imagen cae por detrás de la retina debido a un defecto de potencia en relación con la longitud del ojo. Se corrige mediante una lente convergente (potencia positiva) que compensa el defecto de potencia del ojo.

Astigmatismo

Ocurre cuando el ojo tiene distinta potencia óptica a lo largo de dos meridianos perpendiculares (debido a que alguna de las superficies del ojo no tiene simetría de revolución o a que está inclinada respecto a las demás).
(Por ejemplo: un ojo puede ser miope de –2 D en el meridiano horizontal y miope de –3 D a lo largo del meridiano vertical; decimos que el ojo es miope de –2 D con un astigmatismo de –1 D.) El astigmatismo se corrige mediante lentes tóricas, las cuales poseen dos curvaturas distintas a lo largo de sendos meridianos perpendiculares.

Leyes de la Reflexión y la Refracción

Cuando una onda incide sobre la superficie de separación de dos medios de distinto índice de refracción, una parte de la onda se refleja y otra parte se refracta (se transmite al otro medio). Las leyes de la reflexión y la refracción nos dicen que:

• Los rayos incidente, reflejado y refractado están en un mismo plano, llamado plano de incidencia, que es perpendicular a la superficie.
• El ángulo de incidencia, ø_i, y el ángulo de reflexión, ø_r, son iguales.
• El ángulo de incidencia y el ángulo de transmisión o refracción, ø_t, están relacionados por la ley de Snell:

n₁ sen ø_i = n₂ sen ø_t

donde n₁ y n₂ son los índices de refracción en el primer y segundo medios. La ley de Snell implica que si la luz pasa a un medio de índice mayor, los rayos se acercan a la normal (se alejan de la normal si el segundo medio posee un índice menor).
La ley de Snell también puede expresarse en función de las velocidades de la luz en los dos medios, teniendo en cuenta que n=c/v.