Shepeliov A.V. Óptica.
Serie: Lo que no se puede olvidar

Índice

Introducción

La óptica se puede definir como la ciencia que estudia la propagación de la luz y su interacción con el medio. Se ha establecido que la luz es una manifestación de una de las interacciones fundamentales: la electromagnética.

A mediados del siglo XVII se consideraba que las leyes de la óptica geométrica describían completamente la propagación de la luz. Estas leyes se pueden formular brevemente de la forma siguiente:

1. En un medio homogéneo la luz se propaga siguiendo una línea recta. La línea por la cual se propaga la luz se denomina rayo. Se utiliza también el término rayo de luz para denominar un haz de luz estrecho.

2. Dos rayos de luz que se cortan no se perturban uno a otro, es decir, los rayos de luz se propagan independientemente.

3. Al pasar de un medio a otro, los rayos se refractan. La relación entre el ángulo de refracción phi_refr y el ángulo de incidencia phi_inc se llama ley de Snell:

La magnitud n se denomina índice de refracción.

4. Al reflejarse la luz en un espejo, la magnitud del ángulo de incidencia es igual a la del ángulo de reflexión, es decir,

Los rayos reflejado y refractado se encuentran en el plano de incidencia, que es el plano que contiene al rayo incidente y a la normal a la superficie.

Las leyes de la óptica geométrica permiten calcular casi todos los parámetros (a excepción del poder de resolución) de instrumentos ópticos tan complejos como los microscopios, telescopios, etcétera.

Sin embargo, a finales del siglo XVII se hizo evidente que las leyes de la óptica geométrica eran incapaces de explicar algunos fenómenos descubiertos en aquel tiempo, sobre todo, la birrefringencia y la difracción. Estos fenómenos fueron comprendidos cuando se supuso que la luz era una onda. La representación de la luz como una onda resultó ser muy fructífera, puesto que permitió explicar una enorme cantidad de hechos experimentales y pronosticar otros nuevos. Además, se llegó a la conclusión de que la óptica geométrica es un caso límite de la óptica ondulatoria. En la segunda mitad del siglo XIX ya estaba claro que la luz es una de las manifestaciones del electromagnetismo.

Posteriormente se descubrió que algunos fenómenos ópticos están en contradicción con el modelo ondulatorio de la luz. La explicación total de todos los fenómenos ópticos es lograda en el marco de la electrodinámica cuántica, una de las ramas más recientes de la física. La electrodinámica cuántica es una ciencia bastante compleja y, por tal razón, en el presente libro los modelos cuánticos de la luz se consideran muy brevemente, al nivel más simple.

Los procesos ondulatorios son muy parecidos a las oscilaciones, así que antes de estudiar la óptica ondulatoria es necesario recordar las leyes fundamentales de los procesos oscilatorios.

Autor

Terminó la facultad de física de la Universidad Estatal M. V. Lomonósov de Moscú en 1974. En el año 1980 defendió la tesis doctoral en ciencias físico-matemáticas “Efectos ópticos no lineales en la frontera de separación de los medios”. Hasta el año 1987 trabajó en la facultad de física de la Universidad Estatal de Moscú, y desde ese mismo año trabaja en la Academia de Ciencias de la Federación Rusa. En 1991 defendió la tesis “Métodos y medios de control y registro de la radiación óptica basados en los efectos del calentamiento en no equilibrio y de la dispersión de la luz”, obteniendo así el título de Doctor en Ciencias. En 1997 A. V. Shepeliov recibe el alto grado académico de profesor.