3.1 Introducción a la óptica

DEFINICIÓN GENERAL DE METROLOGÍA

ÓPTICA• LA METROLOGÍA óptica es la rama de la óptica que tiene como propósito efectuar medidas de muy alta precisión usando las ondas de la luz como escala.

• Esto se hace por medio de unos instrumentos llamados interferómetros, basados en el fenómeno de la interferencia.

INTRODUCCION A LA OPTICA

La parte de la física que estudia la luz recibe el nombre de óptica.

El estudio de la óptica se divide en 2 partes, la óptica geométrica y la óptica física.

La primera se ocupa de los fenómenos de radiación luminosa en medios homogéneos sin considerar su naturaleza u origen;

La segunda estudia la velocidad, la naturaleza y características de la luz.

CONTRADICCIÓN HISTÓRICA• Dejando de lado las ideas más antiguas sobre la naturaleza de la luz, los máximos

protagonistas de esta historia son

Isaac Newton y Cristian Huygens

• Ambos científicos fueron contemporáneos y llegaron a conocerse en 1689. Un año más tarde aparece la obra de Huygens, mientras que Newton publica su obra en 1704.

• En sus obras aparecen las dos teorías clásicas ondulatoria y corpuscular sobre la naturaleza de la luz.

TEORÍA CORPUSCULAR DE NEWTONEsta teoría se debe a Newton (1642-1726). La luz está compuesta por

diminutas partículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La dirección de propagación de estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso.

La teoría de Newton se fundamenta en estos puntos:

• Propagación rectilínea: La luz se propaga en línea recta

porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran velocidad.

• Reflexión: se sabe que la luz al chocar contra un espejos se refleja.

Newton explicaba este fenómeno diciendo que las partículas

luminosas son perfectamente elásticas y por

tanto la reflexión cumple las leyes del choque elástico.-

• Refracción: El hecho de que la luz cambie

la velocidad en medios de distinta densidad, cambiando

la dirección de propagación, tiene difícil explicación con la

teoría corpuscular.

Sin embargo Newton supuso que la superficie de separación de dos

medios de distinto índice de refracción ejercía una atracción sobre

las partículas luminosas, aumentando así la componente

normal de la velocidad mientras que la componente tangencial permanecía invariable.

• ES DECIR, DECIR, QUE PARA CONFIRMAR SU TEORÍA PROPUGNABA QUE LA VELOCIDAD DE LA LUZ EN EL AGUA ERA MAYOR QUE EN EL AIRE.

TEORÍA ONDULATORIA DE HUYGENSFue idea del físico holandés C. Huygens. La luz se propaga mediante ondas mecánicas emitidas por un foco luminoso. La luz para propagarse necesitaba un medio material de gran elasticidad, impalpable, que todo lo llena, incluyendo el vacío, puesto que la luz también se propaga en él : EL ÉTER

• La energía luminosa no está concentrada en cada partícula, como en la teoría corpuscular sino que está repartida por todo el frente de onda. El frente de onda es perpendicular a las direcciones de propagación (recordar principio de Huygens).

• Según esta teoría, la luz se propaga con mayor velocidad en los medios menos densos. SU TEORÍA PROPUGNABA QUE LA VELOCIDAD DE LA LUZ EN EL AGUA ERA MENOR QUE EN EL AIRE (COMPROBADO POR FOUCAULT EN 1850)

• A pesar de esto, la teoría de Huygens fue olvidada durante un siglo debido a la gran autoridad de Newton.

• Los experimentos de Young y Fresnel sobre

interferencias y difracción, ya en 1827,

apoyaron esta teoría.

PUNTOS FUERTES DE LA TEORÍA ONDULATORIA

• Sostenía que la velocidad de la luz en medios más densos (agua) era menor que en losmenos densos (aire), lo que se comprobó como cierto y desechaba la teoría corpuscular

• El experimento de Young sobre interferencias apoyaba la versión ondulatoria

• Explicaba la reflexión, difracción, interferencias y polarización de la luz

PUNTOS DÉBILES DE LA TEORÍA ONDULATORIA

• Las ondas (hasta el momento) necesitaban un medio para su propagación. ¿Qué pasa en

el vacío?(espacio). La luz también se propaga -> Se inventa el ETER Fallo: Para explicar la gran velocidad de propagación de la luz, sería necesario que el Eter fuera un medio muy rígido, pero NO PUEDE SER, puesto que no ofrece resistencia al movimiento de los planetas.

TEORÍA ONDULATORIA: PUNTOS FUERTES Y DÉBILES

POSTURA ACTUAL DUALIDAD

• Con la hipótesis de Einstein-Planck, CRISIS: En el marco de la física clásica el modelo ondulatorio y el corpuscular de la luz -> INCOMPATIBLES Pero:

Modelo ondulatorio de Maxwell explicaba reflexión, refracción, descomposición en colores, difracción, interferencias, efecto Doppler, polarización,

Modelo corpuscular explicaba muchos nuevos hechos como el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, la radiación del cuerpo negro,..

• En 1924, el físico francés De Broglie(1892-1987), obsesionado por el problema de los cuantos, tuvo la intuición de que el doble aspecto corpuscular y ondulatorio de la luz era extensible a todas las partículas materiales

Para la física moderna la luz tiene naturaleza dual, corpuscular y ondulatoria: se tarta de dos aspectos diferentes

de la misma cuestión que no solo se excluyen si no que también se complementan.