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Aspectos físicos de la luz (I)

20 Mar 2014

Aspectos físicos de la luz (I)

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A partir de ahora quiero empezar un bloque que he agrupado en 10 pots  que aparecerán cada jueves para tratar los aspectos físicos de las ópticas. En realidad, y aprovecho este momento para comentar un poco la temática de estas entradas, voy a intentar explicar todo el proceso al que se somete la luz desde que entra por el objetivo de la cámara hasta que se sale convertida por el conector en señal de vídeo en los diferentes formatos. Hasta ahora se ha tratado la luz desde un punto de vista fotónico como se mostré en el primer post de esta serie.

Una onda luminosa pura, tendría una forma senoidal. El número de veces que oscile o vibre en un segundo en un mismo punto esta onda luminosa, determinará su frecuencia.

De aquí también podemos deducir la longitud de onda de esta señal luminosa, a la que definiremos como la distancia que existe entre dos puntos con la misma “fase”, es decir, puntos que ocupan posiciones iguales en la onda. Para aclarar esto podemos tomar un punto que se encuentre en la cresta de una senoide y el mismo punto en la siguiente senoide.

Pues bien, a la distancia entre estos dos puntos se llama longitud de onda.

 Figura15

                                                   Imagen©tilanotv 

Esta diferencia de longitud de onda entre diferentes ondas luminosas, es lo que en el espectro visible detectaríamos como diferencias de color. En la figura siguiente podemos comprobar que el rango visible del ojo humano va de los 350nm de los tonos violetas a los 750 nanometros de los tonos rojos.

Una vez tenemos la frecuencia de una onda y la longitud de onda de la misma, podemos sacar la velocidad de propagación de dicha onda, multiplicando ambos factores mediante la fórmula:

v=λ x f

siendo “v” la velocidad de propagación de la onda, “λ” la longitud de onda y “f” la frecuencia de dicha onda.

La luz blanca es una mezcla de todas las longitudes de onda del espectro visible y su propagación en el vacío es la misma para todas las longitudes. La propagación de la luz en el vacío es de 300.00Km/s. Sin embargo, cuando la luz se propaga en otro medio la velocidad disminuye, y es diferente para las distintas longitudes de onda.

De todas formas para la mayoría de las aplicaciones podríamos considerar que este índice es igual a 1.

Óptica Geométrica

En la óptica geométrica se analiza el manejo de la luz mediante las lentes (dispositivos ópticos). Estos fenómenos están fundamentados principalmente en la reflexión, refracción, difracción y la polarización de la luz.

Con esto pretendemos que la imagen que llegue a un sensor óptico, bien sea de una cámara de televisión o de una cámara de fotos, sea lo más fielmente reproducida.

Ley de refracción

Cuando la luz que va por un medio homogéneo incide en otro medio diferente, parte de la luz se refleja y parte se refracta (desvía) en el nuevo medio, donde puede o no ser absorbido.

 Figura16

                                                           Imagen©tilanotv

Tanto en la reflexión como en la refracción, si partimos observando el rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios , vemos que están todos en el mismo plano, y podemos decir que el producto del índice de refracción del primer medio y el seno del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del índice de refracción del segundo medio y el seno del ángulo de refracción . A esto se le llama Ley de Snell.

N1 x senoθ1 = N x senθ2

El índice de refracción (N o N1) de un material transparente depende de la densidad del medio , o sea, cuánto se desvían los rayos de luz. Debido a esto cuando un rayo incide de forma oblicua sobre un medio con un índice de refracción mayor, se desviará hacia la normal, mientras que si incide sobre un medio con un índice de refracción menor, se desviará alejándose de ella.

 Figura17

                                                                Imagen@tilanotv

Observando la tabla anterior se deduce el porqué del brillo de los diamantes, o sea, estos tienen un índice de refracción muy alto.

Ley de reflexión

Si simplificamos, el fenómeno de reflexión de las ondas en la superficie de separación entre dos medios se pueden concretar básicamente en dos.

1.- El ángulo que forma la onda incidente y la onda reflejada con la normal (recta perpendicular al plano) son iguales. Estos ángulos se llaman ángulo de incidencia(i) y ángulo de reflexión (r) o como se le suele llamar también:

α i = α r

Figura18

                                                                     Imagen@tilanotv

2.- El rayo correspondiente de una onda incidente y el rayo que le corresponde de la onda reflejada están ambos contenidos en un mismo plano, y además dicho plano es perpendicular a la superficie de separación entre los medios en el punto de incidencia del rayo (ver la siguiente figura).

                                    Figura19

                                                            Imagen@tilanotv

Quizás en los aspectos físicos de la luz sea donde empecemos a identificarnos con la luz y los problemas que las ópticas pueden dar a su paso. Si conoces alguno que te haya surgido con una óptica en alguna ocasión puedes compartirlo con nosotros escribiendo un comentario a continuación.

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