Ing. Romeo Altúzar Meza

Óptica

La óptica es la rama de la física que estudia la luz y los fenómenos queproduce

Para su estudio la óptica se puede dividir de la siguiente manera:

Óptica Geométrica:Estudia fenómenos y elementos ópticosmediante el empleo de líneas rectas ygeometría plana.

Óptica Física:Estudia los fenómenos ópticos con base en lateoría del carácter ondulatorio de la luz

Óptica Electrónica:Trata los aspectos cuánticos de la luz

La luzLuz:

Es una energía radiante transportada a través de fotones ytransmitida por un campo ondulatorio.

Fotones:

Los físicos han podido establecer que cuando un rayo de luz esabsorbido por la materia, la energía que ésta retiene son cantidadesfinitas, o quantos. Un quanto de luz es llamado fotón.

El fotón puede definirse también como la partícula de luz máspequeña.

Max Planck y Albert Einstein obtuvieron el Premio Nobel de Física porsu descubrimiento de que la luz, que muchas veces se comporta comouna onda, a veces se comporta como si estuviera compuesta por unhaz de pequeñas partículas o cuantos de energía.

Características de la Luz

Tipo de onda electromagnética

No requiere medio para transmitirse

Pequeño rango del espectro (400 nm – 700 nm)

Velocidad de propagación 300,000 km/s (en el vacio)

Cuerpos opacos impiden paso de la luz (crean Sombras)

Cuerpos transparentes permiten paso de luz y visibilidad total

Translúcidos difunden la luz (objetos no ven claramente a través

de ellos

Tipos de Cuerpos

Opaco:

Un cuerpo opaco es aquel que no permite el paso dela luz a través de él, por lo tanto si recibe rayosluminosos proyectara una sombra definida.

Transparente:

Un cuerpo transparente permite el paso de los rayosluminosos, por lo que se ve con claridad cuerposcolocados al otro lado de él.

Traslúcido:

Un cuerpo translúcido deja pasar la luz, pero ladifunde de tal manera que las cosas no pueden sedistinguidos claramente a través de él.

Propagación de la luz

1.- Si la fuente luminosa se alejara del objeto, la sombra disminuyesu tamaño.

2.- Si la fuente luminosa se acerara al objeto, la sombra aumentaríasu tamaño

Fotometría

Es la rama de la óptica que estudia la iluminación de las superficies,iluminadas por fuentes luminosas y la intensidad de las mismas.

Unidad de medida de intensidad de fuentes deluz

El primero en crear la unidad de intensidad defuentes de luz fue el científico Violle: calentando enun crisol, platino. La luz generada por ese platinoincandescente al pasar por una abertura de uncentímetro cuadrado de superficie genera lo que sellama un violle de intensidad.En la actualidad se utiliza la unidad Candela (cd)que es igual a 1/60 violle.Iluminación (E) de una superficie:

Iluminación (E) de una superficie

Se llama así a la cantidad de luzrecibida por una superficiedependiendo de la intensidad de lafuente luminosa y la distancia a laque esta colocada esa fuente de luz,se calcula con la fórmula :

La unidad de Iluminación (E) es el LUX (lux = cd / m2)

E: iluminaciónI: intensidadd: distancia

Reflexión La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o

una onda que ocurre en la superficie de separaciónentre dos medios, de tal forma que regresa al medioinicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, elsonido y las ondas en el agua.

Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido retieneunos instantes su energía y a continuación la reemite en todas lasdirecciones. Este fenómeno es denominado reflexión. Sin embargo, ensuperficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, lamayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con elmismo ángulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son losespejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).

La luz rebota al chocar contra superficies pulidas o metálicas

Tipos de ReflexiónLa reflexión especular:

Es aquella que se produce como en un espejo; cuandola superficie reflejante es lisa, los rayos reflejados sonparalelos a los rayos incidentes, por lo que regresanmostrando la imagen.

La reflexión difusa:

Ocurre cuando no se conserva la imagen, pero sí serefleja la energía. En estos casos, si la superficiereflejante es áspera o irregular, los rayos reflejados noson paralelos a los rayos incidentes, por lo que solo seve iluminada la superficie. Por ejemplo: es típica desustancias granulosas como polvos, son reflejados endistintas direcciones debido a la rugosidad de lasuperficie.

Tipos de ReflexiónLa reflexión extendida:

Que tiene un componente direccional dominanteque es difundido parcialmente por irregularidadesde la superficie. Son una combinación de los dostipos anteriores.

La reflexión mixta:

Es una combinación de reflexión especular,extienda y difusa. Este tipo de reflexión mixta esque se da en la mayoría de los materiales reales.

La reflexión esparcida:

Es aquella que no puede asociarse con la Ley deLambert ni con la Ley de la Reflexión Regular.

Leyes de la Reflexión de la luz

1° Ley : El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en unmismo plano.

2° Ley : El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Por ejemplo: Cuando estamos frente a un espejo plano nuestra imagen esderecha porque conserva la misma posición; virtual porque se ve como siestuviera dentro del espejo (la imagen real es la que se recibe en unapantalla), y es simétrica porque aparentemente está a la misma distancia dela del espejo.

i = ángulo de incidencia .I = rayo incidente (rayo que proviene de la fuente luminosa).N = Normal (recta perpendicular al espejo). r = ángulo de reflexión.R = rayo reflejado (rayo que rebota).

Leyes de la Reflexión de la luz

i = ángulo de incidencia .I = rayo incidente (rayo que proviene de la fuente luminosa).N = Normal (recta perpendicular al espejo). r = ángulo de reflexión.R = rayo reflejado (rayo que rebota).

Refracción

Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro se produce uncambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación quetiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se lellama refracción

Leyes de la Refracción

Primera Ley: El rayo incidente, el rayo refractado y la normal pertenecen almismo plano.

Segunda Ley: La razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno delángulo de refracción es una constante - llamada índice de refracción - delsegundo medio respecto del primero.

Ley de Snell: La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno delángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en elprimer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puedeentenderse como el producto del índice de refracción del primer medio por elseno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice de refracción delsegundo medio por el seno del ángulo de refracción.

Aplicaciones de la Óptica

TOMOGRAFÍAS

Tomografía es el procesado de imágenes por secciones. Un aparato usado entomografía es llamado tomógrafo, mientras que la imagen producida es untomograma. Este método es usado en medicina, arqueología, biología,geofísica, oceanografía, ciencia de los materiales y otras ciencias. En lamayoría de los casos se basa en un procedimiento matemático llamadoreconstrucción tomografía. Hay muchos tipos diferentes de tomografía quese nombrarán más abajo. Una tomografía de varias secciones de un cuerpo esconocida como politomografía.

Aplicaciones de la Óptica

Descripción

Por ejemplo, en una tomografía de rayos X médica convencional, elequipo clínico obtiene la imagen de una sección del cuerpo desplazando lafuente de rayos X y la película en direcciones opuestas durante laexposición. En consecuencia, las estructuras en el plano focal aparecennítidas, mientras que las estructuras de los otros planos aparecenborrosas. Al modificar el sentido y la amplitud del movimiento, losoperadores pueden seleccionar diferentes planos focales que contenganlas estructuras de interés. Antes de la llegada de algunas técnicasmodernas asistidas por ordenador. No obstante, tal recurso resultó útil enla reducción del problema de la superposición de estructuras en laradiografía proyeccional.

Aplicaciones de la Óptica

Descripción

Por ejemplo, en una tomografía de rayos X médica convencional, elequipo clínico obtiene la imagen de una sección del cuerpo desplazando lafuente de rayos X y la película en direcciones opuestas durante laexposición. En consecuencia, las estructuras en el plano focal aparecennítidas, mientras que las estructuras de los otros planos aparecenborrosas. Al modificar el sentido y la amplitud del movimiento, losoperadores pueden seleccionar diferentes planos focales que contenganlas estructuras de interés. Antes de la llegada de algunas técnicasmodernas asistidas por ordenador. No obstante, tal recurso resultó útil enla reducción del problema de la superposición de estructuras en laradiografía proyeccional.

Aplicaciones de la ÓpticaTomografía moderna

Las más modernas variaciones de la tomografía involucran la proyección de datosprovenientes de múltiples direcciones y el envío de estos datos para la creación de unareconstrucción tomográfica a partir de un algoritmo de software procesado porordenador. Los diferentes tipos de adquisición de las señales pueden ser utilizados enalgoritmos de cálculo similares, a fin de crear una imagen tomográfica. Actualmente,las tomografías se obtienen utilizando diferentes fenómenos físicos, tales como rayosX, rayos gamma, aniquilación de electrones y positrones - reacción, resonanciamagnética nuclear, Ultrasonido, electrones, y iones.El término imagen en volumen podría incluir estas tecnologías con más precisión que eltérmino tomografía. Sin embargo, en la mayoría de los casos clínicos de rutina, elpersonal requiere una salida en dos dimensiones de estos procedimientos. A medidaque más decisiones clínicas lleguen a depender de técnicas más avanzadas devisualización volumétrica, los términos tomografía / tomograma podrían llegar a caeren desuso.

Microscopía tomográfica de rayos X SynchrotronRecientemente, una nueva técnica llamada "microscopía tomográfica de rayos XSynchrotron" (SRXTM) permite escanear fósiles con detalles en tres dimensiones.

Aplicaciones de la Óptica

Microscopía tomográfica de rayos X Synchrotron

Recientemente, una nueva técnica llamada "microscopía tomográfica de rayos XSynchrotron" (SRXTM) permite escanear fósiles con detalles en tres dimensiones.

RAYOS X

Los rayos x, son energía electromagnética invisible, la cual es utilizada, como unamanera para obtener o sacar imágenes internas de los tejidos, huesos y órganos denuestro cuerpo u organismo.

Es por medio de este proceso, que un especialista, determina si los huesos de unpaciente están intactos o rotos, luego de un accidente. De la misma manera, uno sepuede enterar de lesiones internas en los órganos. Además, los rayos x, son utilizadospara descubrir si una persona posee o no, algún tumor cancerígeno.

Aplicaciones de la Óptica

Comunicaciones con fibra óptica:

La fibra óptica se emplea como medio de transmisión para las redes detelecomunicaciones, ya que por su flexibilidad los conductores ópticos puedenagruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico ode vidrio, y algunas veces de los dos tipos. Para usos interurbanos son devidrio, por la baja atenuación que tienen.

https://www.youtube.com/watch?v=Wh4C7HWE6hc

https://www.youtube.com/watch?v=bnPuyHO0rPo