Optica fisica debere dede – [PPTX Powerpoint]

2. Interferencia y difraccin Robert Boyle y Robert Hooke y adicha teora la propuso IsaacNewton, los dems descubrieron, de formaindependiente, elfenmeno de lainterferencia conocido como anillosde Newton.Hooke tambin observ la presencia de luz en lasombrageomtrica, debido a la difraccin, fenmeno que ya habasidodescubierto por Francesco Maria Grimaldi. Hooke pensaba quelaluz consista en vibraciones propagadas instantneamente agranvelocidad y crea que en un medio homogneo cada vibracingenerabauna esfera que crece de forma regular. Con estasideas, Hooke intentexplicar el fenmeno de la refraccin einterpretar los colores. Sinembargo, los estudios que aclararon laspropiedades de los coloresfueron desarrollados porNewton quedescubri en 1666 que la luzblanca puede dividirse en sus colorescomponentes mediante un prismay encontr que cada colorpuro se caracteriza por una refractabilidadespecfica. Lasdificultades que la teora ondulatoria se encontrabapara explicarla propagacin rectilnea de la luz y la polarizacin(descubiertapor Huygens) llevaron a Newton a inclinarse por lateoracorpuscular, que supone que la luz se propaga desde loscuerposluminosos en forma de partculas. 3. En la poca en que Newtonpublic su teora del color, no se conoca si la luz se propagabainstantneamente o no. El descubrimiento de la velocidad finita dela luz lo realiz en 1675 Olaf Roemer a partir de observaciones delos eclipses de Jpiter. 4. Primeras teoras y otrosfenmenos Por suparte, Hooke fue de los primeros defensores de la teoraondulatoriaque fue extendida y mejorada por Christian Huygens queenunci elprincipio que lleva su nombre, segn el cual cada puntoperturbadopor una onda puede considerarse como el centro de unanueva ondasecundaria, la envolvente de estas ondas secundariasdefine elfrente de onda en un tiempo posterior. Con la ayuda deesteprincipio, consigui deducir las leyes de la reflexin yrefraccin.Tambin pudo interpretar la doble refraccin del espatodeIslandia, fenmeno descubierto en 1669 por ErasmusBartholinus,gracias a la suposicin de la transmisin de una ondasecundariaelipsoidal, adems de la principal de forma esfrica.Durante estainvestigacin Huygens descubri la polarizacin. Cadauno de los dosrayos emergentes de la refraccin del espato deIslandia puedeextinguirse hacindolo pasar por un segundo cristal delmismomaterial, rotado alrededor de un eje con la misma direccinque elrayo luminoso. Fue sin embargo Newton el que consiguiinterpretareste fenmeno, suponiendo que los rayos tenanlados, propiedad que lepareci una objecin insuperable para lateora ondulatoria de la luz,ya que en aquella poca los cientficosslo estaban familiarizados conlas ondas longitudinales. 5. El prestigio de Newton, indujo elrechazo por parte de lacomunidad cientfica de la teora ondulatoria,durante casiun siglo, con algunas excepciones, como la deLeonhardEuler. No fue hasta el comienzo del Siglo XIX en quenuevosprogresos llevaron a la aceptacin generalizada de lateoraondulatoria. El primero de ellos fue la enunciacinpor Thomas Youngen 1801, del principio de interferencia yla explicacin de loscolores de pelculas delgadas. Sinembargo, como fueron expresadas entrminoscualitativos no consiguieron reconocimiento generalizado.Enesta misma poca tienne-Louis Malus describi lapolarizacin porreflexin, en 1808 observ la reflexin delSol desde una ventana atravs de un cristal de espato deIslandia y encontr que las dosimgenes birrefringentesvariaban sus intensidades relativas al rotarelcristal, aunque Malus no intent interpretar el fenmeno. 6.Aportes de Fresnel Augustin-Jean Fresnel gan un premio instituidoen 1818 por laacademia de Pars por la explicacin dela difraccin,basndose en la teora ondulatoria, que fue laprimera de una serie deinvestigaciones que, en el curso dealgunos aos, terminaron pordesacreditar completamente lateora corpuscular. Los principiosbsicos utilizados fueron:el principio de Huygens y el deinterferencia de Young, loscuales, segn demostr Fresnel, sonsuficientes paraexplicar, no slo la propagacin rectilnea, sinolasdesviaciones de dicho comportamiento (como la difraccin).Fresnelcalcul la difraccin causada por rendijas, pequeasaperturas ypantallas. Una confirmacin experimental de suteora de la difraccinfue la verificacin realizadapor Franois Jean Dominique Arago de unaprediccin dePoisson a partir de las teoras de Fresnel, que es laexistenciade una mancha brillante en el centro de la sombra deundisco circular pequeo. 7. En el mismo ao Fresnel tambin investigelproblema de la influencia del movimiento terrestreen lapropagacin de la luz. Bsicamente elproblema consista en determinarsi existe algunadiferencia entre la luz de las estrellas y la defuentesterrestres. Arago encontr experimentalmente que(aparte de laaberracin) no haba diferencia. Sobrela base de este descubrimientoFresnel desarroll suteora de la conveccin parcial del terporinteraccin con la materia, sus resultados fueronconfirmadosexperimentalmente en 1851por Armand Hyppolyte. Junto con Arago,Fresnelinvestig la interferencia de rayos polarizados yencontr en1816 que dos rayos polarizadosperpendicularmente uno al otro, nuncainterferan.Este hecho no pudo ser reconciliado con la hiptesisdeondas longitudinales, que hasta entonces sehaba dado por segura.Young explic en 1817 elfenmeno con la suposicin de ondastransversales 8. Fresnel intent explicar la propagacin de la luzcomo ondas en unmaterial (ter) y dado que en un fluido slo sonposibles lasoscilaciones elsticas longitudinales, concluy que elter debacomportarse como un slido, pero como en aquella pocalateora de ondas elsticas en slidos no estaba desarrollada,Fresnelintent deducir las propiedades del ter de laobservacinexperimental. Su punto de partida fueron las leyes depropagacinen cristales. En 1832, William Rowan Hamilton predijo apartir de lasteoras de Fresnel la denominada refraccin cnica,confirmadaposteriormente de forma experimental por Humprey Lloyd.Fue tambin Fresnel el que en 1821 dio la primera indicacin delascausas de la dispersin al considerar la estructura molecular delamateria, idea desarrollada posteriormente por Cauchy. Los modelosdinmicos de los mecanismos de las vibraciones delter, llevaron aFresnel a deducir las leyes que ahora llevan sunombre y quegobiernan la intensidad y polarizacin de los rayosluminososproducidos por la reflexin y refraccin. 9. La teora delBreguetrealizaron un experimentoEn 1850 Foucault, Fizeau y tercrucial paradecidir entre las teoras ondulatoria y corpuscular. Elexperimentofue propuesto inicialmente por Arago y consiste en medirlavelocidad de la luz en aire y agua. La teora corpuscular explicalarefraccin en trminos de la atraccin de los corpsculosluminososhacia el medio ms denso, lo que implica una velocidadmayor en elmedio ms denso. Por otra parte, la teora ondulatoriaimplica, deacuerdo con el principio de Huygens que en el medio msdenso lavelocidad es menor. En las dcadas que siguieron, sedesarroll la teora del ter. El primerpaso fue la formulacin de unateora de la elasticidad de los cuerposslidos desarrollada porClaude Louis Marie Henri Navier que considerque la materia consistede un conjunto de partculas ejerciendo entreellas fuerzas a lolargo de las lneas que los unen. Diferentes desarrollosaplicables ala ptica fueron realizados por Simon DenisPoisson, George Green,James MacCullagh y Franz Neuman. Todasellas encontrabandificultades por intentar explicar el fenmeno pticoen trminosmecnicos. Por ejemplo, al incidir sobre un medio unaondatransversal, se deberan producir ondas, tanto longitudinalescomotransversales, pero, segn los experimentos de Arago yFresnel, solose producen del segundo tipo. Otra objecin a la hiptesisdel ter esla ausencia de resistencia al movimiento de los planetas. 10. Unprimer paso para abandonar el concepto deter elstico lo realizMacCullagh, que postul unmedio con propiedades diferentes a la deloscuerpos ordinarios. Las leyes de propagacin deondas en este tipode ter son similares alas ecuaciones electromagnticas de Maxwell. Apesar de las dificultades, la teora del terelstico persisti yrecibi aportaciones de fsicosdel siglo XIX, entre ellos WilliamThomson (LordKelvin), Carl Neumann, John William Strutt(LordRayleigh) y Gustav Kirchhoff. 11. Ls ondas luminosas comoondas eletromagnticas Mientras tanto, las investigaciones enelectricidad ymagnetismo se desarrollaban culminando enlosdescubrimientos de Michael Faraday. James ClerkMaxwell consiguiresumir todo el conocimientoprevio en este campo en un sistema deecuacionesque establecan la posibilidad de ondaselectromagnticascon una velocidad que podacalcularse a partir de los resultados demedidaselctricas y magnticas. Cuando RudolphKohlrausch y WilhelmEduard Weber realizaron estasmedidas, la velocidad obtenida resultcoincidir conla velocidad de la luz. Esto llev a Maxwell aespecularque las ondas luminosas eranelectromagnticas, lo que severificexperimentalmente en 1888 por Heinrich Hertz. 12. La teoracuntica Pero, incluso la teora electromagntica de la luz es incapazde explicar elproceso de emisin y absorcin. Para ello, Einstein yotros desarollaron unateora cuntica basada en fotones de luzdifractada. Esta lnea deinvestigacin ha permitido desarrollar unateora bien verificadaexperimentalmente, y que ha supuesto la basede la ptica cuntica tal ycomo la conocemos hoy en da. Las leyes querigen estos ltimos procesos comenzaron a dilucidarsecon Joseph vonFraunhofer que descubri entre 1814-1817 lneas oscuras en elespectrosolar. La interpretacin como lneas de absorcin de las mismas sediopor primera vez en 1861 sobre la base de los experimentos deRobertWilhelm Bunsen y Gustav Kirchhoff. La luz de espectrocontinuo del Sol, alpasar por los gases de la atmsfera solar,pierde por absorcin, justamenteaquellas frecuencias que los gasesque la componen emiten. Estedescubrimiento marca el inicio delanlisis espectral que se base en que cadaelemento qumico tiene unespectro de lneas caracterstico. El estudio deestos espectros nopertenece exclusivamente al campo de la ptica ya queinvolucra lamecnica de los propios tomos y las leyes de las lneasespectralesrevelan informacin, no tanto sobre la naturaleza de la luz comolaestructura de las partculas emisoras. 13. Finalmente la comunidadcientfica acabaceptando que la mecnica clsica esinadecuada para unadescripcin correcta de lossucesos que ocurren en el interior de lostomos ydebe ser reemplazada por la teora cuntica. Laaplicacin de lamisma permiti a Niels Bohrexplicar las leyes de las lneasespectrales de losgases. As pues, la mecnica cuntica hainfluidodecisivamente sobre el concepto cientfico de lanaturalezade la luz. Fue Albert Einstein elque, basndose en los cuantos dePlanck retomla teora corpuscular de la luz en una nuevaforma,asignndole realidad fsica de dichoscuantos (fotones). De este modopudo explicaralgunos fenmenos que se habandescubierto, relativos ala transformacin de la luzen energa corpuscular que eraninexplicables conla teora ondulatoria. As, en el efectofotoelctricola energa impartida a las partculas secundariasesindependiente de la intensidad y es proporcional ala frecuenciade la luz. 14. La ptica a su vez ha influido decisivamente enotrosfrentes de la fsica, en particular la rama de la pticadecuerpos en movimiento particip en el desarrollode la teora de larelatividad. El primer fenmenoobservado en este campo fue laaberracin de lasestrellas fijas, estudiado por James Bradley en1728.El fenmeno aparece con la observacin de lasestrellas endiferentes posicionesangulares, dependiendo del movimiento de laTierrarespecto a la direccin del haz de luz. Bradleyinterpret elfenmeno como causado por lavelocidad finita de la luz y pudodeterminar suvelocidad de este modo. Otro fenmeno de laptica decuerpos en movimiento es la conveccinde la luz por los cuerpos enmovimiento, que Fresnelmostr se poda entenderse como laparticipacinde ter en el movimiento con slo una fraccin delavelocidad del cuerpo en movimiento. 15. Lser fue demostrado el 16de mayo de 1960 por TheodoreEl primer lserMaiman en el HughesResearch Laboratories . Cuando se invent porprimera vez, se lesllamaba «una solucin buscando un problema».Desde entonces, loslseres se han convertido en uno de variosmillones de dlares de laindustria, la bsqueda de la utilidad en milesde aplicaciones muyvariadas. La primera aplicacin de los lseresvisibles en la vidacotidiana de la poblacin en general era elsupermercado de cdigo debarras escner, introducido en 1974. Ellaserdisc jugador,introducido en 1978, fue el primer producto deconsumo con xito paraincluir un lser, pero el disco compactojugador fue el primeroequipado con lser dispositivo de llegar a serverdaderamente comn enlos hogares de los consumidores, a partirde 1982. Estosdispositivos de almacenaje pticos usan un lser desemiconductor demenos de un milmetro de ancho para explorar lasuperficie de ladisco para la recuperacin de datos. Lacomunicacin de fibra pticaconfa en lsers para transmitir lascantidades grandes de informacinen la velocidad de luz. Otros usoscomunes de lsers incluyenimpresoras de lser e indicadores de lser.Los lsers son usados en lamedicina en reas como «la ciruga sinsangre» , la ciruga de ojo delser, y la microdiseccin de captura delser y en usos militares comosistemas de defensa demisil, contramedidas electrpticas (EOCM), yLIDAR. Los lsers tambinson usados en hologramas, juegos de luces delser, y el retiro de pelode lser 16. Un lser es un dispositivo queemite luz(radiacin electromagntica) a travs de unproceso conocidocomo emisin estimulada .El trmino lser es un acrnimo paralaamplificacin de luz por emisin estimuladade radiacin . La luzlser es generalmentecoherente , lo que significa que la luzesemitida en un estrecho de baja divergenciadel haz , o se puedeconvertir en una con ella ayuda de componentes pticos talescomolentes .

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