Todo el mundo sabe o al menos ha oído que la luz tiene la propiedad de refractar y reflejar. Pero sólo las fórmulas de la óptica geométrica y ondulatoria pueden explicar cómo, o más bien sobre qué base, sucede esto. Y toda esta enseñanza se basa en el concepto de "rayo", que fue introducido por Euclides tres siglos antes de nuestra era. Entonces, ¿qué es un rayo, científicamente hablando?
Un rayo es una línea recta a lo largo de la cual se mueven las ondas de luz. Cómo, por qué: estas preguntas se responden con las fórmulas de la óptica geométrica, que forma parte de la óptica ondulatoria. Este último, como se podría suponer, trata los rayos como ondas.
Fórmulas de la óptica geométrica
La ley de la propagación rectilínea: un rayo en un medio del mismo tipo tiende a propagarse rectilíneamente. Es decir, la luz viaja por el camino más corto que existe entre dos puntos. Incluso se podría decir que el haz de luz busca ahorrarse tiempo. Esta ley explica los fenómenos de sombra y penumbra.
Por ejemplo, si la fuente de luz en sí es pequeña o está ubicada a una distancia tan grande quelos tamaños pueden ignorarse, el haz de luz forma sombras claras. Pero si la fuente de luz es grande o está muy cerca, entonces el haz de luz forma sombras borrosas y sombras parciales.
Ley de Propagación Independiente
Los rayos de luz tienden a propagarse independientemente unos de otros. Es decir, no se afectarán entre sí de ninguna manera si se cruzan o se atraviesan en algún medio homogéneo. Los rayos parecen ignorar la existencia de otros rayos.
Ley de Reflexión
Imaginemos que una persona apunta un puntero láser a un espejo. Por supuesto, el haz se reflejará en el espejo y se propagará en otro medio. El ángulo entre la perpendicular al espejo y el primer rayo se llama ángulo de incidencia, el ángulo entre la perpendicular al espejo y el segundo rayo se llama ángulo de reflexión. Estos ángulos son iguales.
Las fórmulas de la óptica geométrica revelan muchas situaciones en las que nadie piensa. Por ejemplo, la ley de la reflexión explica por qué podemos vernos en un espejo "directo" exactamente como somos, y por qué su superficie curva crea una imagen diferente.
Fórmula:
a - ángulo de incidencia, b - ángulo de reflexión.
a=b
La ley de la refracción
El rayo de incidencia, el rayo de refracción y la perpendicular al espejo se encuentran en el mismo plano. Si se divide el seno del ángulo de incidencia por el seno del ángulo de refracción, se obtiene el valor n, que es constante para ambos medios.
n muestra en qué ángulo pasa el haz del primer medio al segundo y cómo se correlacionan las composiciones de estos medios.
Fórmula:
i - ángulo de incidencia. r - ángulo de refracción. n21 - índice de refracción.
sen i/sen r=n2/ 1= n21
Ley de la reversibilidad de la luz
¿Qué dice la ley de reversibilidad de la luz? Si el haz se propaga a lo largo de una trayectoria bien definida en una dirección, repetirá la misma ruta en la dirección opuesta.
Resultados
Las fórmulas de la óptica geométrica en una forma algo simplificada explican cómo funciona un haz de luz. No hay nada difícil en esto. Sí, las fórmulas y leyes de la óptica geométrica descuidan algunas de las propiedades del universo, pero no se puede subestimar su importancia para la ciencia.
