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¿A qué se refiere la dualidad onda-partícula de la
luz?
¿Cuáles son las hipótesis de la óptica geométrica?
¿Qué estipula la ley de reflexión?
¿Qué es el índice de refracción?
¿Por qué cambia la longitud de onda de la luz
cuando entra en un medio diferente al vacío?
¿Cuál es el principio de Fermat y cómo se relaciona
con la refracción?
¿En qué consiste la dispersión?
¿Qué es la reflexión total interna?
Partícula
Onda
Newton propone que la luz
son “corpúsculos”.
Con esta descripción se
explican los fenómenos de:
Reflexión
Refracción
Dispersión
Planck describe la luz como
“fotones”
con
energía
discreta: E  h  f
Con
esta
descripción
Eintsein explica el efecto
foto-eléctrico.
El experimento de Young
hace evidente que la luz
difracta
poniendo
de
manifiesto su naturaleza
ondulatoria.
Maxwell demuestra que la
luz
es
una
onda
electromagnética.
Hertz produce y detecta
ondas electromagnéticas.
La óptica geométrica trata a la luz como rayos que viajan en
línea recta en una dirección fija. Sus hipótesis son:
Los rayos son líneas perpendiculares al
frente de ondas.
Los rayos cambian de dirección cuando
la luz incide en un medio distinto o
cuando el medio no es homogéneo.
La aproximación de rayos es válida
cuando la longitud de onda de la luz (λ)
es mucho menor que el objeto con el que
interacciona (d).
Cuando las dimensiones de
λ y d son comparables se
presenta el fenómeno de
difracción
y
la
aproximación de rayos ya
no es válida. Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pgs. 1097-1098
Reflexión especular
En una superficie pulida, los rayos
de luz reflejados son paralelos
entre sí. A esto se le conoce como
reflexión especular.
Cuando la superficie reflejante es
rugosa, los rayos reflejados tienen
direcciones
aleatorias
en
promedio. Esto es reflexión difusa.
Se cumple que los ángulos de
incidencia y reflexión son iguales.
Reflexión difusa
i
r
i   r
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition,
Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 1098-1099
La velocidad de la luz cambia cuando
entra en un medio distinto del vacío.
Esto es producto de la interacción de la
luz con los átomos del medio.
La OEM hace que los electrones del
medio oscilen. Pero los electrones radían
OEMs al oscilar.
Serway, Jewett, “Physics for scientists and
engineers”, 6th Edition, Thomson Brooks/Cole,
USA, 2004, pg. 1103
Por lo tanto, esto se puede ver como un proceso de absorciónradiación que hace que la velocidad promedio de la luz dentro
del medio sea menor que su velocidad en el vacío.
El índice de refracción se define como el cociente de estas dos
velocidades: n  c
v
Mientras mayor sea el índice de refracción de un medio, menor
será la velocidad de la luz dentro de él.
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 1105
¡¡El índice de refracción depende de la longitud de onda!!
 Relación de dispersión n(λ).
Cuando la luz cambia de medio, su
frecuencia no cambia, lo que cambia
es su longitud de onda.
La frecuencia de la luz está
relacionada con su energía a través de
la relación de Planck. Analizando las
condiciones a la frontera entre el
medio 1 y el medio 2, se concluye que
la frecuencia no cambia por
conservación de la energía. 1 n2

A partir de este análisis:
2 n1
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”,
6th Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 1104
En general, en una interfaz de aire con cualquier material la
expresión anterior se reduce a:

n
n
¡¡¡ NO CONFUNDIR n CON UN ENTERO !!!
Cuando la luz viaja de un punto P a
un punto Q del espacio siempre lo
hace por la trayectoria que toma el
mínimo de tiempo.
A partir de la geometría de la figura,
se puede calcular para qué punto x el
tiempo que tarda la luz en llegar de
P a Q es mínimo.
Asumiendo que la luz parte de P en
t=0, se tiene que:
De la figura:
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th
Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 1115
Como la función que queremos minimizar es el tiempo:
Arreglando los términos se tiene que:
Por lo tanto, la ley de Snell es consecuencia directa del principio
de Fermat:
La refracción es la desviación o doblamiento que ocurre cuando
la luz pasa de un medio a otro.
Puesto que el índice de refracción cambia
con la longitud de onda, la desviación de
la luz en un medio es diferente si se trata
de luz azul o de luz roja. A esto se le
conoce como dispersión.
La desviación de la luz es mayor para
longitudes de onda menores.
A través de este fenómeno se puede
descomponer la luz blanca en sus
componentes espectrales.
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition,
Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 1109-1110
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/63/Dispersion_prism.jpg
Cuando la luz pasa de un medio con
mayor índice de refracción a otro con
menor índice de refracción, puede
ocurrir la reflexión total interna.
El ángulo crítico a partir del cual
toda la luz es reflejada se llama
ángulo de Brewster θc:
Esta propiedad se usa en las fibras
ópticas para transportar la luz
minimizando las pérdidas.
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th
Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 1112, 1114
1. Dos espejos forman un ángulo de 120° como se muestra en la
figura. Un rayo de luz incide sobre el espejo 1 a un ángulo de
65° con respecto a su normal. Calcule el ángulo de reflexión
del rayo final con respecto a la normal del espejo 2.
2. Un haz de luz con longitud de onda de 550 nm incide sobre
un material transparente. El haz incidente forma un ángulo
de 40° con respecto a la normal a la superficie, mientras
que el rayo refractado forma un ángulo de 26°. Encuentre
el índice de refracción del material y trate de identificarlo
en la tabla.
3. Un rayo de luz con longitud de onda de 589 nm viaja en el
aire e incide sobre una superficie de vidrio Crown con un
ángulo de 30° con respecto a la normal. Encuentre el ángulo
de refracción.
4. Un láser en un lector de discos compactos genera luz con
longitud de onda de 780 nm en aire.
a) Encuentre la velocidad de la luz cuando entra en el
plástico del CD (n=1.55)
b) ¿Cuál es la longitud de onda de la luz dentro del
plástico?
5. Calcule el ángulo de Brewster para luz de 589 nm incidente
en los siguientes materiales rodeados de aire:
a) Diamante
b) Vidrio flint
c) Hielo