Optica...

La óptica (del griego optomai, ver) es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia.

Naturaleza de la luz.

Antes de iniciar el siglo XIX la luz se consideraba como una corriente de partículas emitidas por el objeto que era visto o que se emitían de los ojos del observador. El principal exponente de la teoría corpuscular de la luz fue Isaac Newton, quien explico que las partículas eran emitidas por una fuente luminosa y que estas estimulaban el sentido de la visión al entrar al ojo. Con base a ello, él pudo explicar la reflexión y la refracción.

La mayoría de los científicos acepto la teoría corpuscular de la luz de Newton. Sin embargo, durante el curso de su vida fue propuesta otra teoría, una que argüía que la luz podría ser un tipo de movimiento ondulatorio. En 1678 un físico y astrónomo holandés, Christian Huygens, demostró que la teoría de la luz podría explicar también la reflexión y refracción. La teoría ondulatoria no fue aceptada de inmediato. Asimismo se argüía que si la luz era alguna forma de onda, debería rodear los obstáculos; por tanto, podríamos ver los objetos alrededor de las esquinas. Ahora se sabe que efectivamente la luz rodea los bordes de los objetos. El fenómeno, conocido como difracción, no es fácil de observar por que las ondas luminosas tienen longitudes de ondas cortas. De este modo, aunque Francesco Grimaldi (1618-1663) proporciono pruebas experimentales para la difracción aproximadamente en 1660, la mayoría de los científicos rechazo la teoría ondulatoria y acepto la teoría corpuscular de Newton durante más de un siglo.

La primera demostración clara de la naturaleza ondulatoria de la luz fue proporcionada en 1801 por Thomas Young (1773-1829), quien demostró que, en condiciones apropiadas los rayos luminosos interfieren entre sí. En ese entonces dicho comportamiento no podía explicarse mediante la teoría corpuscular debido a que no hay manera concebible por medio de la cual dos o más partículas puedan juntarse y cancelarse una a la otra. Varios años después u físico francés, Agustín Fresnel (1788-1829), efectuó varios experimentos relacionados con la interferencia y la difracción. En 1850 Jean Foucault (1791-1868) proporciono más pruebas de lo inadecuado de la teoría corpuscular al demostrar que la rapidez de la luz en líquidos es menor que en el aire. Otros experimentos realizados durante el siglo XIX llevaron a la aceptación de la teoría ondulatoria de la luz, y el trabajo más importante fue el de Maxwell, quien en 1873 afirmo que la luz era una forma de onda electromagnética de alta frecuencia.

Aunque el modelo ondulatorio y la teoría clásica de la electricidad y el magnetismo pudieron explicar la mayor parte de las propiedades conocidas de la luz no ocurrió lo mismo con algunos experimentos subsecuentes. El más impresionante de estos es el efecto fotoeléctrico, descubierto por Hertz: cuando loas luz incide sobre una superficie metálica, algunas veces los electrones son arrancados de la superficie. Como un ejemplo de las dificultades que surgen, los experimentos mostraban que la energía cinética de un electrón arrancado es independiente de la intensidad luminosa. El hallazgo contradecía la teoría ondulatoria, la cual sostenía que un has más intenso de luz debe agregar más energía al electrón. Una explicación del efecto fotoeléctrico fue propuesta por Einstein en 1905 en una teoría que empleo el concepto de cuantizacion supone que la energía de una onda luminosa está presente en paquetes llamados fotones; por tanto, se dice que la energía esta cuantizada. De acuerdo con la teoría de Einstein la energía de un fotón es proporcional a la frecuencia de onda electromagnética:

E=hf

Donde la constante de proporcionalidad h=6.63x10ˆ34J*s es la constante de Planck. Es importante observar que esta teoría retiene algunas características tanto de la teoría ondulatoria como de la teoría corpuscular. El efecto fotoeléctrico es una consecuencia de la transferencia de energía de un solo fotón a un electrón a un metal y aun este fotón tiene características similares a las ondas ya que su energía su energía está determinada por la frecuencia (una cantidad ondulatoria). En vista de los hechos ya referidos, debe considerarse que la luz tiene una naturaleza dual: En algunos casos la luz actúa como una onda y en otros como una partícula. La luz es luz sin duda. Sin embargo la pregunta, ¿"la luz es onda o partícula""? es inadecuada. En algunos casos la luz actúa como una onda y en otros como una partícula.

Mediciones de la velocidad de la luz.