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Óptica ondulatoria. Física.

Definición

La óptica ondulatoria u óptica física es la parte de la óptica que considera que la luz tiene un comportamiento de tipo ondulatorio, debido a lo que se observa cuando encuentra obstáculos o aberturas cuyo tamaño es comparable a su longitud de onda. La óptica ondulatoria explica los fenómenos de difracción, interferencia y polarización.

Difracción

La difracción es el fenómeno en que la luz rodea un obstáculo y cambia de dirección al atravesar una abertura pequeña. El rayo de luz que atraviesa la abertura se transforma en un haz de forma cónica y la ranura se convierte en una fuente de ondas secundarias.

Figura 1, Difracción al rodar un obstáculo.
Figura 2. Difracción al pasar por un orificio pequeño.

Los dos casos descritos no son más que evidencias del comportamiento ondulatorio de la luz. Generalmente, cuando se presenta el fenómeno de difracción, se tiene como consecuencia otro fenómeno óptico llamado interferencia.

Interferencia

Las ondas luminosas estarán en fase cuando al interactuar una produce su cresta y la otra genera también la suya, y cuando una produce un valle y la otra también. En ambos casos, la amplitud resultante será mayor, y a esto se le denomina interferencia constructiva. Pero si coinciden en un mismo punto la cresta de una y el valle de otra, se anula o disminuye apreciablemente su amplitud. En este caso, se habla de interferencia destructiva, lo que indica que las ondas están desfasadas; estos puntos constituyen las líneas nodales.

Figura 3. Ondas luminosas presentando interferencia.

Ambos tipos de interferencia se pueden apreciar mediante experimentos que consisten en proyectar una luz sobre una pantalla, de tal manera que si se observan zonas oscuras, son consecuencia de interferencias destructivas, pero si hay zonas iluminadas se deben a interferencias constructivas. En particular, en 1800 Thomas Young (1773-1829), un físico inglés que descubrió el fenómeno de interferencias luminosas e investigó la tensión superficial y elasticidad (módulo de Young), realizó un experimento mediante el cual se observa la interferencia de la luz. El experimento consiste en utilizar una lámpara para hacer pasar el rayo de luz por el orificio F_1 de un primer obstáculo, el cual se difracta sobre otros dos orificios F_2 y F_3 equidistantes de F_1 y que corresponden a un segundo obstáculo. Estos dos últimos orificios se convierten en dos fuentes luminosas en las que se presenta una segunda difracción. Cualquier modificación que se haga en el orificio F_1 se comunica a los orificios F_2 y F_3, por lo que estas dos fuentes permaneces constantes en fase.

Después de terminar el recorrido, la luz se proyecta sobre una pantalla. Se observa su patrón de interferencia compuesta por zonas oscuras y zonas claras, esto es, interferencias destructivas y constructivas. Si en lugar de la pantalla se utiliza una placa fotográfica, el patrón de interferencia queda grado.

Figura 4. Experimento de difracción e interferencia.

Polarización

La polarización es otro fenómeno óptico que comprueba la naturaleza ondulatoria de la luz. Se dice que la luz está polarizada cuando se logra que todas las ondas transversales que la transmiten vibren en un mismo plano. Si lo hacen en todas direcciones no está polarizada. Por ejemplo, en la figura muestra luz no polarizada, esto es, ondas transversales que parten en todas direcciones. Esta luz, al incidir en una rejilla polarizada, sólo deja pasar las ondas transversales que vibran en el plano vertical. Las otras, las ondas transversales horizontales, son bloqueadas, es decir, sólo se dejará pasar a los rayos luminosos que estén en el mismo plano de orientación. En caso de utilizar dos rejillas, incluso se llega a bloquear totalmente la luz.

Figura 5. Polarización con una rejilla.
Figura 6. Polarización con dos rejillas.

¿Qué es el polaroid?

Polaroid es el nombre comercial de una sustancia sintética que presenta doble refracción. Absorbe intensamente la luz polarizada en un plano, en tanto que deja pasar la luz polarizada en otro. Por ejemplo, los lentes de anteojos hechos de este material absorben normalmente la luz que viaja horizontalmente, como la reflejada en superficies horizontales de arena en la playa, en carreteras y pavimentos. Su finalidad es reducir el deslumbramiento por reflejo.


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