Leyes de la óptica
Las leyes de la óptica, describen físicamente el comportamiento de la luz cuando cambia de medio de propagación. Este artículo describe las leyes más simples de la óptica geométrica y de la óptica ondulatoria.
La óptica geométrica estudia los fenómenos que se producen cuando un haz de radiación luminosa incide sobre cuerpos transparentes u opacos, o interfiere con otras radiaciones luminosas. Esta teoría describe fenómenos macroscópicos dónde la longitud de onda de la luz es más pequeña que los objetos en los que incide, por lo tanto presupone que la luz se propaga en línea recta en un medio homogéneo y su trayectoria es descrita geométricamente.
La óptica ondulatoria se ocupa de las interacciones con objetos del orden de la longitud de onda, como son los fenómenos de difracción, interferencia y polarización. Presupone que la luz se propaga según ondas transversales del campo electromagnético. Un rayo luminoso no es más que la trayectoria perpendicular a la superficie de la onda.
Índice de refracción
El cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio se le denomina indice de refracción, escrito de la siguiente manera
- <math> n={c \over v}</math>.
Éste índice siempre será mayor que 1 ya que la velocidad de la luz en el vacío es la máxima que puede tener la luz. En los medios homogéneos este índice es constante.
Reflexión y refracción
Cuando un rayo luminoso que viaja por un medio incide en una superficie que lo separa de otro medio con distintos índices de refracción, ocurren éstos dos fenómenos. Los rayos que pasan al otro medio se dicen que han sufrido una refracción y se les denomina rayos refractados. Y los rayos que no cambian de medio, podríamos decir que "rebotan", han sufrido una reflexión y se les denomina rayos reflejados.
Principio de Fresnel-Huygens
La onda reflejada (y también la refractada) está formada por la envolvente de las ondas elementales producidas al mismo tiempo en puntos distintos de la superficie. El rayo reflejado es perpendicular a la onda reflejada, como el rayo incidente respecto a la onda incidente. Este esquema se conoce como Principio de Fresnel - Huygens, en honor a Augustin Fresnel y a Christiaan Huygens.
Principio de Fermat
El rayo incidente se divide en dos partes, de manera que satisface las condiciones para las cuales el recorrido entre dos puntos a través de la superficie de separación, se realiza en un tiempo mínimo. Este esquema se conoce como Principio de Fermat en honor a Pierre de Fermat.
Reflexión total
Este fenómeno se da cuando el rayo de luz no es refractado. Si el rayo proviene de un medio con un índice de refracción mayor n2, incide sobre una superficie con índice de refracción menor, n1, se refleja totalmente:
- <math>\sin \alpha = {n_1 \over n_2}</math>
Donde α es el ángulo de incidencia que recibe el nombre de ángulo límite o crítico.
Birrefringencia o doble refracción
La birrefringencia, también conocida como doble refracción, se observa cuando una radiación luminosa incide sobre un medio no isótropo, la onda se descompone en dos distintas que se propagan en diferentes direcciones. Una de ellas sigue las leyes normales de la refracción y se llama rayo ordinario; la otra tiene una velocidad y un índice de refracción variables y se llama rayo extraordinario. Ambas ondas están polarizadas perpendicularmente. Este efecto se puede observar en la calcita o espato de Islandia.