Óptica.
Se considera a la óptica como la
parte de la física que trata de la luz y de los fenómenos luminosos.
En la Edad Antigua se conocía la
propagación rectilínea de la luz, la reflexión y refracción. Varios filósofos y
matemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica. Entre ellos: Empédocles
y Euclides.
Ya en la Edad Moderna René
Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de
un medio elástico perfecto (el éter) que llenaba el espacio. Atribuyó los
diferentes colores a movimientos rotatorios de diferentes velocidades de las
partículas en el medio.
La ley de la refracción fue
descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de
Fermat anunció el principio del tiempo mínimo y a partir de él dedujo la ley de
la refracción.
Ley de Snell
En la refracción el rayo de luz
que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente;
el rayo de luz que se desvía al ingresar al segundo medio transparente se
denomina rayo refractado; el ángulo en que el rayo incidente, al ingresar al
segundo medio, forma con la perpendicular al mismo, se denomina ángulo de
incidencia; el ángulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al
desviarse, se denomina ángulo de refracción o ángulo indeterminado. Este último
varía directamente en relación a la diferencia entre los índices de refracción
de ambas superficies (dependientes a su vez de la diferencia de la velocidad de
la luz a través de distintos materiales).
La óptica física es la rama de la física que toma la luz
como una onda y explica algunos fenómenos que no se podrían explicar tomando la
luz como un rayo. Estos fenómenos son:
Difracción: Es
la capacidad de las ondas para cambiar la dirección alrededor de obstáculos en
su trayectoria, esto se debe a la propiedad que tienen las ondas de generar
nuevos frentes de onda.
Polarización: Es
la propiedad por la cual uno o más de los múltiples planos en que vibran las
ondas de luz se filtra impidiendo su paso. Esto produce efectos como
eliminación de brillos.
HISTORIA DE
LOS PRIMEROS DESCUBRIMIENTOS.
A continuación haremos una breve revisión histórica de cómo
se ha desarrollado esta ciencia, desde los comienzos más tempranos de que se
tienen registros o evidencias. Mucho antes de que se iniciaran los estudios
metódicos y formales de los fenómenos ópticos, se construyeron espejos y lentes
para mejorar la visión. Por ejemplo, los espejos ya fueron usados por las
mujeres del antiguo Egipto para verse en ellos (1900 a.C.), como pudo
comprobarse al encontrar uno cerca de la pirámide de Sesostris II. Naturalmente,
estos espejos eran solamente unos trozos de metal con un pulido muy imperfecto.
En las ruinas de Nínive, la antigua capital asiria, se encontró una pieza de
cristal de roca que tenía toda la apariencia de una lente convergente. Una de las
más antiguas referencias a las lentes se encuentra en los escritos de Confucio
(500 a.C.), quien decía que las lentes mejoraban la visión, aunque
probablemente no sabía nada acerca de la refracción. Otra mención muy temprana
de ellas se encuentra en el libro de Aristófanes, Las nubes, una comedia
escrita en el año 425 a.C., en donde describe unas piedras transparentes, con
las que se puede encender el fuego mediante la luz del Sol. Probablemente fue
él quien construyó la primera lente del mundo, con un globo de vidrio soplado,
lleno de agua, en el año 424 a.C. Sin embargo, ésta no fue construida con el
propósito de amplificar imágenes, sino de concentrar la luz solar. Según la
leyenda, Arquímedes construyó unos espejos cóncavos, con los que reflejaba la
luz del Sol hacia las naves enemigas de Siracusa para quemarlas. Aunque esto se
puede lograr si se usa una gran cantidad de espejos que reflejen todos
simultáneamente la luz hacia el mismo punto, probablemente este hecho sea más
leyenda que historia.
La primera mención al fenómeno de la refracción de la luz la
encontramos en el libro de Platón, La República. Euclides estableció por
primera vez (300 a.C.) la ley de la reflexión y algunas propiedades de los
espejos esféricos en su libro Catóptrica. Herón de Alejandría (250 d.C.) casi
descubrió el Principio de Fermat al decir que la luz al reflejarse sigue la
mínima trayectoria posible. Claudio Tolomeo (130 d.C.), sin duda uno de los más
grandes científicos de la antigüedad, escribió el libro Óptica, donde establece
que el rayo incidente, la normal a la superficie y el rayo reflejado están en
un plano común. Tolomeo también encontró una forma aproximada de la ley de
refracción, válida únicamente para ángulos de incidencia pequeños.
Durante la Edad Media, la óptica, al igual que la demás
ciencias, progresó muy lentamente. Este adelanto estuvo en manos de los árabes.
El filósofo árabe Abu Ysuf Yaqub Iba Is-Hak, más conocido como Al-Kindi, que
vivió en Basora y Bagdad (813- 880 d.C.), escribió un libro sobre óptica
llamado De Aspectibus. En él hace algunas consideraciones generales acerca de
la refracción de la luz, pero además contradice a Platón al afirmar, igual que
Aristóteles, que la visión se debe a unos rayos que emanan de los cuerpos
luminosos, y no del ojo, de donde parten viajando en línea recta para luego
penetrar al ojo, donde producen la sensación visual. Otro científico árabe muy
importante, Ibn al-Haitham, más conocido por su nombre latinizado Alhazen
(965-1038 d.C.), hizo investigaciones sobre astronomía, matemáticas, física y
medicina. Alhazen escribió un libro llamado Kitab-ul Manazir (Tratado de
óptica), donde expone sus estudios sobre el tema. Entre sus principales
resultados está el descubrimiento de la cámara obscura, mediante la cual pudo
formar una imagen invertida de un objeto luminoso, haciendo pasar la luz a
través de un pequeño orificio. Alhazen también hizo el primer estudio realmente
científico acerca de la refracción, probando la ley aproximada de Tolomeo y
además encontró una ley que daba las posiciones relativas de un objeto y su
imagen formada por una lente o por un espejo convergente. Sin duda este
científico fue la más grande autoridad de la Edad Media, y tuvo una gran
influencia sobre los investigadores que le siguieron, incluyendo a Isaac Newton.
Los árabes ya tenían lentes, pero muy imperfectas y
rudimentarias. Tuvieron que pasar muchos años, hasta que en el año 1266, en la
Universidad de Oxford, Inglaterra, el fraile franciscano inglés Roger Bacon
(1214-1294) talló las primeras lentes con la forma de lenteja que ahora
conocemos, y de donde proviene su nombre. En su libro Opus Majus, en la sección
siete, dedicada a la óptica, Bacon describe muy claramente las propiedades de
una lente para amplificar la letra escrita. Sin duda a Bacon se le puede considerar,
en plena Edad Media, como el primer científico moderno partidario de la
experimentación cuyos estudios son impresionantemente completos y variados para
su época.
La razón por la cual no se habían fabricado lentes de
calidad aceptable con anterioridad, era la ausencia de un buen vidrio. A
principios de la Edad Media, la fabricación de vidrio de alta calidad era un
secreto celosamente guardado por los artesanos de Constantinopla. Los
bizantinos habían descubierto la necesidad de emplear productos químicos de muy
alta pureza para obtener buena transparencia, al mismo tiempo que habían
adquirido una gran habilidad en el tallado y pulido del vidrio. Durante la
cuarta Cruzada, en 1204, los venecianos decidieron saquear Constantinopla en
lugar de acudir a Tierra Santa, por lo que descubrieron sus secretos. Al
regresar a Venecia, los invasores de Constantinopla se llevaron consigo un gran
número de artesanos especializados en el manejo del vidrio, lo que les permitió
después adquirir una gran reputación en toda Europa. Hasta la fecha, la
artesanía del vidrio de Venecia tiene fama en todo el mundo.
Después de tallar las primeras lentes, el siguiente paso
natural era montarlas en una armazón para colocar una lente en cada ojo, con el
fin de mejorar la visión de las personas con defectos visuales. Como era de
esperarse, esto se realizó en Italia, casi un siglo después, entre los años
1285 y 1300 d.C., aunque siempre ha existido la duda de si fue Alexandro della
Spina, un monje dominico de Pisa, o su amigo Salvino de Armati, en Florencia.
El primer retrato conocido de una persona con anteojos es el de un fresco
pintado por Tomaso da Modena, en 1352.
Interferencia y difracción.
Robert Boyle y Robert Hooke descubrieron de forma
independiente el fenómeno de interferencia conocido como anillos de Newton,
cuya explicación teórica propuso el propio Isaac Newton. Hooke también observó
la presencia de luz en la sombra geométrica, debido a la difracción, fenómeno
que ya había sido descubierto por Francesco Maria Grimaldi. Hooke pensaba que
la luz consistía en vibraciones propagadas instantáneamente a gran velocidad y
creía que en un medio homogéneo cada vibración generaba una esfera que crece de
forma regular. Con estas ideas, Hooke intentó explicar el fenómeno de la
refracción e interpretar los colores. Sin embargo, los estudios que aclararon
las propiedades de los colores fueron desarrollados por Newton que descubrió en
1666 que la luz blanca puede dividirse en sus colores componentes mediante un
prisma y encontró que cada color puro se caracteriza por una refractabilidad
específica. Las dificultades que la teoría ondulatoria se encontraba para
explicar la propagación rectilínea de la luz y la polarización (descubierta por
Huygens) llevaron a Newton a inclinarse por la teoría corpuscular, que supone
que la luz se propaga desde los cuerpos luminosos en forma de partículas.
Las ondas luminosas como ondas electromagnéticas.
Mientras tanto, las investigaciones en electricidad y
magnetismo se desarrollaban culminando en los descubrimientos de Michael
Faraday. James Clerk Maxwell consiguió resumir todo el conocimiento previo en
este campo en un sistema de ecuaciones que establecían la posibilidad de ondas
electromagnéticas con una velocidad que podía calcularse a partir de los
resultados de medidas eléctricas y magnéticas. Cuando Rudolph Kohlrausch y
Wilhelm Eduard Weber realizaron estas medidas, la velocidad obtenida resultó
coincidir con la velocidad de la luz. Esto llevó a Maxwell a especular que las
ondas luminosas eran electromagnéticas, lo que se verificó experimentalmente en
1888 por Heinrich Hertz.
Bibliográfia:
Texto tomado de:
https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93ptica
Texto tomado de:
https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93ptica
https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93ptica_f%C3%ADsica
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/084/htm/sec_4.htm
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/084/htm/sec_4.htm
