FENOMENOS OPTICOS

AUTORA: LOZANO LORENA
OPTICA-LA LUZ-


….La luz, que llega a nuestros ojos y nos permite ver, es un pequeño conjunto de radiaciones electromagnéticas de longitudes de onda comprendidas entre los 380 nm y los 770 nm.

La energía radiante tiene una naturaleza dual, y obedece a leyes que pueden explicarse a partir de una corriente de partículas o paquetes de energía, los llamados fotones, o a partir de un tren de ondas transversales (Movimiento ondulatorio). El concepto de fotón se emplea para explicar las interacciones de la luz con la materia que producen un cambio en la forma de energía, como ocurre con el efecto fotoeléctrico o la luminiscencia. El concepto de onda suele emplearse para explicar la propagación de la luz y algunos de los fenómenos de formación de imágenes. En las ondas de luz, como en todas las ondas electromagnéticas, existen campos eléctricos y magnéticos en cada punto del espacio, que fluctúan con rapidez. Como estos campos tienen, además de una magnitud, una dirección determinada, son cantidades vectoriales. Los campos eléctrico y magnético son perpendiculares entre sí y también perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. La onda luminosa más sencilla es una onda senoidal pura, llamada así porque una gráfica de la intensidad del campo eléctrico o magnético trazada en cualquier momento a lo largo de la dirección de propagación sería la gráfica de un seno.




Podemos decir que la luz es toda radiación electromagnética capaz de ser percibida por nuestro sentido de la vista. El intervalo de frecuencias de las radiaciones que componen la luz solamente está delimitado por la capacidad del órgano de la visión.
La luz que nosotros percibimos será siempre formada por radiaciones correspondientes a grandes cantidades de frecuencias. El láser constituye la única radiación visible formada por radiaciones de la misma longitud de onda todas ella. La luz, en un medio homogéneo, se propaga en línea recta. Cada una de las direcciones de propagación de la luz es un rayo luminoso. Un conjunto de rayos que parten de un punto es un haz. Si el punto de donde proceden los rayos está muy alejado se consideran paralelos.
La velocidad de la luz en el vacío es de 3 . 108 m/s. Para comparar la velocidad de la luz en una sustancia con la del vacío se emplea el índice de refracción, obtenido como cociente entre la segunda y la primera:
n = c
v
c = velocidad de la luz en el vacío
v = velocidad de la luz en la sustancia

La luz blanca
La luz del Sol muestra las cosas, pero no es de ningún color. Aunque está compuesta por los distintos colores del espectro -rojo, naranja, amarillo, verde, azul, y violeta- nos parece que no tiene color. Y la llamamos luz "blanca".
Cada minúsculo rayo de sol contiene una banda compuesta por una tira de cada color. Las tiras se desplazan de lado y lo hacen tan deprisa que es imposible verlas por separado. Al mezclarse forman la luz "blanca".
La sombra
La sombra se forma porque la luz se mueve de una forma especial. Sale de la fuente que la produce y se mueve en ondas parecidas a las de las olas del mar. Mientras no encuentren nada en su camino, las ondas luminosas se mueven en una dirección. Pero cuando chocan contra algo, se paran. Entonces aparece un espacio oscuro: una sombra




El espectro electromagnético
La luz forma parte del espectro electromagnético que comprende tipos de ondas tan dispares como los rayos cósmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, los infrarrojos y las ondas de radio o televisión entre otros. Cada uno de estos tipos de onda comprende un intervalo definido por una magnitud característica que puede ser la longitud de onda ( ) o la frecuencia (f). Recordemos que la relación entre ambas es:


donde c es la velocidad de la luz en el vacío (c = 3•108 m/s).






Espectro Electromagnético.
Longitud de onda y colores complementarios
La luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético. En el espectro visible, las diferencias en longitud de onda se manifiestan como diferencias de color. El rango visible va desde, aproximadamente, 350 nm (nanómetros) el violeta hasta unos 760 nm el rojo, (1 mm = 1.000.000 nanómetros). La luz blanca es una mezcla de todas las longitudes de onda visibles.

La velocidad de la luz en las sustancias materiales es menor que en el vacío, y varía para las distintas longitudes de onda; este efecto se denomina dispersión.
La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de una longitud de onda determinada en una sustancia se conoce como índice de
Refracción de la sustancia para dicha longitud de onda.



Cada color tiene una longitud de onda dentro de una amplia escala de ondas electromagnéticas que varían, según la intensidad de los mismos, entre 400
y 800 nanómetros.


Los colores

El análisis de los espectros luminosos permite asignar a la sensación de color valores de longitudes de onda. Una radiación electromagnética de 420 nm. Que llega al ojo produce la sensación que se denomina color violeta, y una de 580 nm. La sensación de amarillo.
La luz que llega al ojo después d ser emitida, reflejada o trasmitida por un objeto, lleva, entre otras cosas, la información del color de ese objeto.
La mayor parte de los objetos no son fuentes luminosas, si no cuerpos luminados; es decir que la luz de una fuente luminosa llega a ellos, se refleja y luego llega al ojo. El objeto modifica d alguna manera la luz incidente para trasmitir la información de su color.
Al iluminar un objeto con luz blanca, es decir una radiación que contiene todas las longitudes de onda del espectro visible, ocurre lo siguiente: según las características de la superficie, el cuerpo absorberá d manera selectiva algunas longitudes de onda y reflejara las restantes. Si el cuerpo se ve amarillo será por que refleja fundamentalmente ese color.









Durante el proceso de reflexión, el objeto iluminado no agrega longitudes de onda a las de la luz incidente, por lo que no podrían llegar al ojo radiaciones de longitudes de onda que no estaban en la radiación original.
Por ejemplo: si se ilumina un objeto con luz proveniente de una fuente que no contiene longitudes de onda superiores a los 600 nm (anaranjado y rojo), dicho objeto no se podrá ver de esos colores porque estas longitudes de onda tampoco estarán presentes en la luz que llega al ojo.
Al iluminar un cuerpo con luz blanca, se lo percibe de ese color si refleja una gran proporción de todas las longitudes de onda, como ocurre en el papel blanco. En cambio si un cuerpo absorbe una gran parte de las radiaciones de todas las longitudes de onda, se lo ve negro.
Si se mezclan dos pinturas, se obtiene un color formado por aquellas radiaciones que ambas reflejan. Las pinturas azules, además de reflejar l color azul, reflejan parte del color verde. Las pinturas amarillas, además d amarillo, reflejan parcialmente el verde. Al mezclar pintura azul y amarilla se obtiene color verde, que es el que ninguna de las dos absorbe.
Cuando se produce una superposición d ondas luminosas de diferentes longitudes de onda, se pueden obtener colores variados. De ese modo es posible obtener luz blanca adecuando la intensidad de la luz.
Si se proyectan sobre una pantalla los colores rojo, verde y azul, mediante luces de igual intensidad, se obtiene color blanco.
Cuando las luces de estos colores se combinan de a dos con igual intensidad, se obtienen los siguientes resultados:
• La iluminación mediante la luz roja y verde presenta la zona de color amarillo.
• La iluminación mediante luz roja y azul presenta la zona de color magenta, que es un rojo azulado.
• La iluminación con luz verde y azul presenta la zona de color cian, que es un azul verdoso.

La combinación del amarillo, el magenta y el cian, con intensidades adecuadas, forma una gran cantidad de colores diferentes. Esto es utilizado en los tubos de televisores de color o en los monitores de las computadoras. Los electrones emitidos desde la parte posterior del tubo de rayos catódicos (tubo de televisor), al impactar sobre la pantalla en diferentes puntos y con diferentes velocidades, forman puntos de colores e intensidad diferentes que integran la imagen.
Si se observa la pantalla de un televisor o la del monitor de una computadora con una lupa es posible observar los puntos de color rojo, verde y azul que forman la imagen, y producen en el ojo la sensación de sus colores.

Óptica
Es la parte de la física que comprende el estudio de la luz y los fenómenos de la visión. Generalmente, se divide en dos ramas principales:
• la física se ocupa de la naturaleza y propiedades de la luz;
• la geométrica del estudio del comportamiento de la luz en los distintos medios y en diversos instrumentos ópticos.
• Además, una tercera rama se ocupa del estudio del ojo desde el punto de vista óptico.
Óptica física.
El desarrollo de la óptica comenzó durante las primeras décadas del siglo XVII, cuando se inventaron el microscopio y el telescopio. En 1791, Newton publicó su tratado, que registraba cuidadosamente los fenómenos de refracción, dispersión, interferencia, difracción y polarización.
La teoría ondulatoria de la luz establece que ésta se propaga en forma de ondas, que vibran en ángulo recto a la dirección de su propagación. Faraday descubrió interrelaciones entre la luz, el magnetismo y la electricidad. Maxwell, tiempo después, postuló la teoría electromagnética de la luz. Según ella, la luz consiste en ondas eléctricas y magnéticas, que vibran sin diferencia de fases en ángulo recto unas con otras.
En el siglo XX, Planck publicó su famosa teoría de los cuantos, que sugiere que la luz se propaga en unidades indivisibles, "paquetes" o cuantos, de energía electromagnética. Cuando la luz incide sobre un objeto, parte de la misma es reflejada y parte absorbida.

Los espejos
Los espejos son cuerpos que reflejan un alto porcentaje de la luz que llega a ellos. Se denomina espejo ideal a aquel que refleja toda la luz que le llega.
Se clasifican en planos y esféricos.
Espejos planos: la imagen que se observa es de tipo virtual, tiene el mismo tamaño que el objeto y está ubicada por detrás del espejo a la misma distancia que lo está el objeto delante del espejo.



La imagen formada en un espejo cambia el sentido del objeto de izquierda a derecha (imagen especular).
1.- Trata de leer este texto con ayuda de un espejo.

Sitúa el espejo de manera que esta zona de la pantalla quede en el campo visual del espejo y mira el texto reflejado en él.



Firma de Leonardo Leonardo da Vinci, que era zurdo, no solo utilizó su facilidad para escribir de derecha a izquierda, sino que escribió crípticamente usando un espejo.
Sus textos pueden descifrarse fácilmente con ayuda de un espejo.



¿Cómo están escritos los rótulos que van en la parte delantera de las ambulancias para que puedan ser vistos fácilmente por el espejo retrovisor del coche que va delante de la ambulancia?

Si reflejamos la imagen de un objeto en el espejo plano, la parte derecha de la imagen corresponde a la parte izquierda del objeto y viceversa. Técnicamente esto se llama ver la imagen falseada.
Si tienes una persona frente a ti, su brazo izquierdo está a tu derecha, pero si tienes su imagen delante de ti, su brazo izquierdo estará a la izquierda.
Por lo tanto el espejo cambia el sentido izquierda-derecha: nos vemos delante de nosotros mismos como si se tratara de otra persona pero...su derecha está a nuestra derecha y no como cuando vemos las imágenes reales de nuestros semejantes.
Si queremos anular este efecto de los espejos podemos hacer lo siguiente:
Podemos colocar dos espejos con el frente plateado formando un ángulo de 90º.
La cara de casi todas las personas son ligeramente asimétricas. Vistas con espejos que formen un ángulo de 90 º estas peculiaridades normalmente inadvertidas aparecen muy marcadas.
Cuando dos espejos forman un ángulo el número de imágenes que podemos ver en ellos depende del ángulo y se calcula así:



¿Cual debe ser el tamaño mínimo de un espejo plano vertical y cómo debe estar colocado para que nos veamos de pies a cabeza?

En esta figura puedes ver la colocación y el tamaño: justo a la altura del extremo de nuestra cabeza y debe tener la mitad de nuestro tamaño.
Sabemos que AB = A'B (imagen en un espejo)
AA' = 2AB
Por el teorema de Tales las proporciones en los triángulos serán:
BP = 2 MA'




Experiencia:
Une dos espejos de modo que entre ellos formen un ángulo ligeramente inferior a 90º. En la parte interior de los espejos verás dos caras. Abre los espejos poco a poco y, exactamente cuando el ángulo es de 90º, las dos narices se superponen. Guiña un ojo y quedarás desconcertado ya que en el espejo verás cerrarse el ojo que no esperabas que fuera a hacerlo.
Además de esa imagen en la parte interior hay dos más, una a cada lado.





Espejos esféricos
Se utilizan en instrumentos ópticos como telescopio y linternas. Este espejo es un casquete esférico, es decir, el corte de una esfera hecho con un plano. Si está espejada la superficie interior del casquete, es cóncavo y si está espejada la superficie exterior es convexo.
Todos los rayos que inciden paralelos al eje convergen después de reflejarse en un punto llamado foco del espejo. La igualad de los ángulos de incidencia y reflexión indica que existe reversibilidad, es decir que si los rayos inciden por el foco, se reflejarán paralelamente al eje.




Si se consideran positivas las distancias medidas desde un espejo en el sentido en que se desplaza la luz, y negativas las medidas en sentido opuesto, entonces, siendo u la distancia del objeto, v la distancia de la imagen y f la distancia focal de un espejo esférico, cumple la ecuación:
1/v + 1/u = 1/f
La distancia focal de un espejo esférico es igual a la mitad de su radio de curvatura. Como se indica en la figura, los rayos que se desplazan en un haz estrecho en la dirección del eje óptico e inciden sobre un espejo cóncavo cuyo centro de curvatura está situado en C, se reflejan de modo que se cortan en B, a media distancia entre A y C. Si la distancia del objeto es mayor que la distancia AC, la imagen es real, reducida e invertida.
Si el objeto se encuentra entre el centro de curvatura y el foco, la imagen es real, aumentada e invertida. Si el objeto está situado entre la superficie del espejo y su foco, la imagen es virtual, aumentada y no invertida. Un espejo convexo sólo forma imágenes virtuales, reducidas y no invertidas, a a no ser que se utilice junto con otros componentes ópticos.




Reflexión en un espejo cóncavo



Espejo cóncavo
Espejo convexo




Situación
del objeto Tipo de la
imagen Posición de
la imagen Tamaño de
la imagen Orientación
de la imagen
Más allá de C Real Entre C y F Menor Invertida
En C Real En C Igual Invertida
Entre C y F Real Más allá de C Mayor Invertida
Entre F y A Virtual Destrás del espejo Mayor Derecha
Delante de A, para
espejos convexos Virtual Destrás del espejo Menor Derecha


Las lentes

Las lentes son objetos transparentes, limitados por dos superficies esféricas o por una superficie esférica y otra plana, que se hallan sumergidas en un medio, asimismo transparente, normalmente aire. Desempeñan un papel esencial como componentes de diferentes aparatos ópticos. Con lentes se corrigen los diferentes defectos visuales, se fabrican los microscopios, las máquinas fotográficas, los proyectores y muchos otros instrumentos ópticos.

De la combinación de los tres posibles tipos de superficies límites, cóncava, convexa y plana, resultan las diferentes clases de lentes. Según su geometría, las lentes pueden ser bicóncavas, biconvexas, plano-cóncavas, plano convexas y cóncavo-convexas.

Desde el punto de vista de sus efectos sobre la marcha de los rayos es posible agrupar los diferentes tipos de lentes en dos grandes categorías: lentes convergentes y lentes divergentes.
Las lentes convergentes se caracterizan porque hacen converger, en un punto denominado foco, cualquier haz de rayos paralelos que incidan sobre ellas. En cuanto a su forma, todas ellas son más gruesas en la zona central que en los bordes.
Las lentes divergentes, por su parte, separan o hacen diverger los rayos de cualquier haz paralelo que incida sobre ellas, siendo las prolongaciones de los rayos emergentes las que confluyen en el foco. Al contrario que las anteriores, las lentes divergentes son menos gruesas en la zona central que en los bordes.

Formación de imágenes.









Para estudiar la formación de imágenes por lentes, es necesario mencionar algunas de las características que permiten describir de forma sencilla la marcha de los rayos.

Plano óptico. Es el plano central de la lente.

Centro óptico O. Es el centro geométrico de la lente. Tiene la propiedad de que todo rayo que pasa por él no sufre desviación alguna.

Eje principal. Es la recta que pasa por el centro óptico y es perpendicular al plano óptico.

Focos principales F y F´ (foco objeto y foco imagen, respectivamente). Son un par de puntos, correspondientes uno a cada superficie, en donde se cruzan los rayos (o sus prolongaciones) que inciden sobre la lente paralelamente al eje principal.

Distancia focal f. Es la distancia entre el centro óptico O y el foco F.


Lentes convergentes.

Para proceder a la construcción de imágenes debidas a lentes convergentes, se deben tener presente las siguientes reglas:
Cuando un rayo incide sobre la lente paralelamente al eje, el rayo emergente pasa por el foco imagen F´. Inversamente, cuando un rayo incidente pasa por el foco objeto F, el rayo emergente discurre paralelamente al eje. Finalmente, cualquier rayo que se dirija a la lente pasando por el centro óptico se refracta sin sufrir ninguna desviación. Cuando se aplican estas reglas sencillas para determinar la imagen de un objeto por una lente convergente,se obtienen los siguientes resultados:

- Si el objeto está situado respecto del plano óptico a una distancia superior a dos veces la distancia focal, 2f = FO la imagen es real, invertida y de menor tamaño.

- Si el objeto está situado a una distancia del plano óptico igual a 2 f, la imagen es real, invertida y de igual tamaño.

- Si el objeto está situado a una distancia del plano óptico comprendida entre 2 f y f, la imagen es real, invertida y de mayor tamaño.

- Si el objeto está situado a una distancia del plano óptico inferior a f, la imagen es virtual, directa y de mayor tamaño.


Lentes divergentes.

La construcción de imágenes formadas por lentes divergentes se lleva a cabo de forma semejante, teniendo en cuenta que cuando un rayo incide sobre la lente paralelamente al eje, es la prolongación del rayo emergente la que pasa por el foco objeto F. Asimismo, cuando un rayo incidente se dirige hacia el foco imagen F´ de modo que su prolongación pase por él, el rayo emergente discurre paralelamente al eje. Finalmente y al igual que sucede en las lentes convergentes, cualquier rayo que se dirija a la lente pasando por el centro óptico se refracta sin sufrir desviación.
Aunque para lentes divergentes se tiene siempre que la imagen resultante es virtual, derecha y de menor tamaño, la aplicación de estas reglas permite obtener fácilmente la imagen de un objeto situado a cualquier distancia de la lente.

La cantidad de luz que puede admitir una lente aumenta con su diámetro. Como la superficie que ocupa una imagen es proporcional al cuadrado de la distancia focal de la lente, la intensidad luminosa de la superficie de la imagen es directamente proporcional al diámetro de la lente e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia focal. La relación entre la distancia focal y el diámetro efectivo de una lente es su relación focal, llamada también número f. Dos lentes con la misma abertura relativa tienen la misma luminosidad, independientemente de sus diámetros y distancias focales.
El instrumento óptico más sencillo es la lupa, constituida por una lente biconvexa, es decir, con dos superficies convexas. Cada una de éstas tiene una curvatura esférica y la distancia de cada una al centro de su respectiva esfera representa el radio de curvatura de cada una. La línea que atraviesa el centro de ambas superficies de la lente se llama eje. Sobre éste se encuentra el radio de curvatura.

Si tomamos una fuente de luz y la colocamos sobre el eje de la lente a gran distancia, toda la luz de dicha fuente que pase por la lente, puede considerarse paralela al eje. Estos rayos, salvo los del eje mismo, se refractarán hacia el eje al atravesar la lente y se unirán en un punto del otro lado.

Este punto se llama foco. La imagen de la fuente de luz que se forma se denomina imagen real, pues puede recibirse sobre una pantalla, situada en ese punto. Si acercamos la luz a la lente, deslizándola sobre el eje, la imagen del otro lado de la lente se aleja. Cuando la fuente haya llegado al centro de curvatura, la imagen estará en el otro centro.

Si la fuente se coloca sobre el foco, todos los rayos que de ella emanan y atraviesan la lente resultarán paralelos, y la imagen se formará en el infinito. Esto representa exactamente lo opuesto a lo que sucede con una fuente situada en el infinito (en la práctica a gran distancia de la lente) que da una imagen en el foco.

Si la fuente se acerca mas a la lente de lo que está el foco, los rayos que la atraviesan divergen. Dan la impresión de provenir de una imagen del mismo lado que la fuente, pero desde más lejos. Esto se llama imagen virtual, pues no puede recibírsela en una pantalla.

Las lentes sufren varias imperfecciones o aberraciones, distorsionan las imágenes. Si su superficie es esférica, los rayos refractados cerca de su borde tendrán su foco en otro plano que los del foco principal. La imagen se verá borrosa (aberración esférica).
La cromática consiste en la dispersión de la luz blanca por el vidrio de la lente. Otorga a la imagen contornos coloreados. Otros defectos se producen cerca de los bordes de una lente esférica.
La "coma" produce imágenes de fuentes puntuales con cola de cometa.
El astigmatismo constituye una aberración que se traduce en una diferencia de nitidez entre las líneas verticales y las horizontales de la imagen. Estos defectos pueden corregirse utilizando sistemas de varias lentes con distintas curvaturas, separaciones e índices de refracción

La interferencia luminosa


La interferencia de ondas requiere que se cumpla la condición de coherencia, que la diferencia de fases entre dos ondas se mantenga constante.
Esta es una condición difícil d lograr con luz natural y se requieren de experimentos cuidadosos, lo que en realidad se observa son procesos de interferencia provocados por una misma onda que llega a un mismo lugar por caminos diferentes.

La condición para que en un punto haya interferencia constructiva es :
∆D=n•ﮑ
Donde n es un número entero.
La condición para que en un punto haya interferencia destructiva es:
∆D = m • ﮑ
2
Donde m es un número impar.
Un punto como el A es brillante, por que la interferencia entre los caminos seguidos por las ondas desde ambas ranuras es un número entero de longitudes de onda.




Interferencia de la luz en películas delgadas
La parte de la onda que se refleja en la superficie delgada interfiere con lo que se refracta. La diferencia de recorrido entre ambas puede producir máximos o mínimos de interferencia.
Si se derrama aceite o querosén sobre agua se observa un fenómeno de interferencia. El agua no se mezcla con el aceite por tener densidades distintas, formando una capa delgada de espesor algo variable.
Al ser iluminada la capa con luz solar, se observan figuras de interferencia de diversos colores.
Este fenómeno también se puede observar en pompas de jabón


Cuando un haz de rayos llega a una de estas superficies, se produce una diferencia de fases entre dos de ellos debido a la diferencia de caminos recorridos por el rayo que se refleja directamente (1) y el que se refracta (2) y a los índices de refracción de las sustancias que determinan la superficie en la que se produce la segunda reflexión, por ejemplo el querosén o el agua.



El la película delgada se produce un máximo de interferencia cuando el espesor de la película cumple con la condición de ser un múltiplo impar de la cuarta parte de una longitud de onda.

Cuando se producen mínimos de interferencia, esto genera figuras de diversos colores sobre la superficie de la película.
En la interferencia luminosa, los máximos y mínimos se producen por la llegada a un mismo punto de dos partes del mismo frente de onda para asegurar la coherencia de ambas señales.
Óptica geométrica
La óptica geométrica estudia el comportamiento de la luz al reflejarse o refractarse en objetos de un tamaño mucho mayor que la longitud de onda de la luz. La óptica geométrica está gobernada por dos leyes generales muy simples: la Ley de Reflexión de la Luz y la Ley de Refracción de la Luz o Ley de Snell.
La Ley de Reflexión de la Luz dice que cuando un rayo de luz incide sobre una superficie reflejante plana el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
Se llama ángulo de incidencia al que forma el rayo incidente con la (recta) normal al plano reflejante y se llama ángulo de reflexión al que forma el rayo reflejado con la normal al plano reflejante. La siguiente escena ilustra esta ley.
La Ley de Refracción de la Luz o Ley de Snell dice que cuando un rayo incide sobre una superficie refractante plana (es decir que separa dos medios transparentes como aire y vidrio o aire y agua en reposo), entonces el seno del ángulo de incidencia entre el seno del ángulo de refracción es una constante.
Al atravesar medios transparentes de distinta densidad, la luz cambia su velocidad y se desvía, provocando que el objeto observado parezca quebrarse por esa desviación. Una observación interesante desde el campo que nos ocupa, es comprobar como los rayos incidentes de 90º no producen refracción, mientras lo muy oblicuos tienen tal desviación que la refracción es absoluta. Este curioso fenómeno permite que la luz introducida en un tubo de alto índice de refracción, no atraviese el diámetro del tubo, sino que, rebotando en las paredes interiores, permite la reflexión hasta salir por el otro extremo; lo que nos permite conducir la luz por una trayectoria que no es la línea recta.














En un arco iris observamos el fenómeno de la refracción de la luz. La luz blanca es un "haz" de rayos que vibran con distintas frecuencias, cada una de las cuales corresponde a un color en particular. Cuando los rayos del sol pasan a través de una gota de agua de lluvia en un ángulo cualquiera, los rayos de distintas frecuencias se refractan en diferentes ángulos. La luz solar, descompuesta en su espectro de colores, se dispersa aún más al salir de la gota y vemos así la gama de colores del arco iris.

Luz blanca incidente sobre una gota de lluvia, y su posterior descomposición espectral.





Algunos índices de refracción para λ = 5890 angstrom , medidos con respecto al vacío .

Medio Índice de refracción
Agua 1.33
Alcohol etílico 1.36
Bisulfuro de carbono 1.63
Aire (1 atm y 20°C) 1.0003
Yoduro de metileno 1.74
Cuarzo fundido 1.46
Cristal (crown) 1.52
Cristal (flint denso) 1.66
Cloruro de sodio 1.53
Polietileno 1.50 - 1.54
Fluorita 1.43

Prisma


Bloque de vidrio o cristal transparente que tiene la misma sección transversal (generalmente un triángulo) en toda su longitud. Se usa para producir la reflexión, la refracción y la descomposición de la luz.
Los dos tipos más frecuentes tienen secciones transversales triangulares con ángulos de 60 o de 45º. Los prismas tienen diversos efectos sobre la luz que pasa a través de ellos.
Cuando Newton hizo pasar un rayo de luz blanca a través de un prisma cristalino, descomponiéndolo en una serie de colores, se descubrió que los distintos colores forman diferente ángulo de refracción y, por lo tanto, éste no depende solo del índice de refracción de la sustancia que atraviesa, sino también del "color" de la luz que lo produce.
Los fenómenos del arco iris, las tonalidades de las nubes, el cromatismo de muchos atardeceres, espejismos en días de calor, etc., son atribuibles en gran parte a los efectos de la refracción que imponen muchos agentes naturales o artificiales a la incidencia de los rayos solares.

Difracción de la luz

La figura es la descripción habitual de la experiencia de Young, donde se aprecian las interferencias por la difracción, en virtud de la teoría ondulatoria de la luz.



Como en todo proceso ondulatorio, cuando la luz llega a la ranura, un borde o un obstáculo se difracta. Este efecto es notorio si el obstáculo o la ranura tienen un tamaño similar a la longitud de onda.
Si una onda de luz monocromática llega a una ranura cuyo ancho sea algo mayor que la longitud de onda; se produce un proceso de difracción por el cual se observan en una pantalla zonas claras y oscuras.
La zona de la pantalla frente a la red es muy brillante y las restantes zonas iluminadas van decreciendo en intensidad a medida que el ángulo aumenta.
Es decir que para una misma red, la posición de los máximos secundarios depende de la longitud de onda.
Teniendo en cuenta lo anterior, si se ilumina una red con luz policromatica , se obtendrá un máximo central brillante, del mismo color que la luz incidente, y máximos secundarios para cada color, por lo que se obtiene un espectro de luz incidente. Existen espectroscopios que funcionan de esta manera y también es posible observar efectos similares cuando la luz incide sobre un disco compacto o sobre las plumas de ciertas aves, como por ejemplo la paloma.

Ese fenómeno también es notorio en el ojo humano. La luz proveniente de un auto que se acerca se ve primero como única luz, si el vehiculo esta lejos y cuando se acerca, se pueden distinguir los dos faros.




Polarización de la luz
La polarización de la luz se obtiene al reflejarse ésta en una superficie en un ángulo determinado (ángulo de Brewster) o cuando atraviesa una sustancia tal, como la turmalina. Las vibraciones de la luz ocurren en todos los planos que se hallen en ángulos rectos a la dirección de su propagación. Cuando la luz está polarizada, las vibraciones se producen en un solo plano.La luz natural se propaga como una onda trasversal en la que el plano de perturbación cambia constantemente: esta luz no esta polarizada.
Si a un haz natural se lo hace pasar por un sistema polarizador, ese actúa de reja de modo que la luz trasmitida solo tiene perturbaciones en un plano: se dice que esta polarizada. Es decir que la luz totalmente polarizada es aquella en la que la perturbación se produce en un único plano.
El ojo humano no detecta esta diferencia entre luz natural y polarizada. La luz no puede atravesar dos sistemas perfectamente transparente, permite decidir que la luz que llega al segundo sistema estaba polarizada.












La luz no solo se polariza por transmisión a través de ciertos materiales: tamben se puede produce una polarización parcial por reflexión: la luz incidente sobre una superficie es no polarizada, y la reflejada esta parcialmente polarizada. Se produce también por dispersión por ejemplo, al llegar la luz solar no polarizada a la atmósfera es dispersada por polvo atmosférico y es parcialmente polarizada. Los anteojos llamados solares actúan filtrando parte d la luz solar y impidiendo el pasaje de luz polarizada en determinados planos.