Espectro Electromagnético: Tipos, Características y Aplicaciones en Óptica

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Espectro Electromagnético

Se denomina espectro electromagnético al conjunto de todas las variaciones de distinta frecuencia en que puede descomponerse la radiación electromagnética. Clasificación:

  • A. Ondas de radio: Son ondas electromagnéticas que se utilizan en telecomunicaciones. Incluye las ondas de radio y de televisión. Su rango de frecuencia está entre 104 y 109 Hz.
  • B. Microondas: Se utilizan en sistemas de comunicaciones.
  • C. Infrarrojos: Son ondas electromagnéticas que emiten los cuerpos calientes. Tienen diferentes aplicaciones industriales y médicas, y están comprendidas entre 1011 y 1014 Hz.
  • D. Luz visible: Son detectadas por los conos y bastones de nuestra retina, lo que nos permite ver. Cada color tiene una frecuencia.
  • E. Ultravioleta: Son ondas electromagnéticas producidas por electrones que se encuentran en los átomos y moléculas excitados. El Sol es una poderosa fuente de radiación UV. Son absorbidos por la piel y son responsables del bronceado. La capa de ozono absorbe la radiación UV en las capas superiores de la atmósfera. La exposición prolongada en la piel puede ser nociva. Su frecuencia está entre 8 x 1014 y 1017 Hz.
  • F. Rayos X: Se producen al frenar sobre un metal un haz de electrones acelerados. Pueden atravesar la materia orgánica. Se utilizan en medicina como diagnóstico, ya que son absorbidos de forma diferente dependiendo del tejido. Están entre 1017 y 1019 Hz.

  • G. Rayos gamma: Son ondas emitidas. Su frecuencia está entre 1019 y 1022 Hz. Son una radiación muy energética y penetrante, peligrosa para los seres vivos. Se utiliza para destruir tumores malignos, microorganismos, etc.

La Lupa

Cuando deseamos ver con detalle, la aproximamos al ojo, pero existe una distancia mínima a la que se puede ver una imagen nítida. Esta distancia es lo que se denomina punto próximo y suele estar alrededor de 25 cm. Esto puede corregirse si colocamos delante una lupa, que es una lente convergente destinada a formar imágenes con un ángulo aparente de mayor tamaño. Para ello, el objeto se sitúa dentro de la distancia focal de la lente, aproximadamente en el foco (F), y se obtiene así una imagen virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto.

El Microscopio

Es un instrumento que consta de dos lentes convergentes, llamadas objetivo y ocular, colocadas de forma que la imagen final resultante, que es la que capta el ojo, es una lente muy aumentada. La primera lente, el objetivo, tiene una distancia focal (d.f.) pequeña, mientras que la segunda, el ocular, tiene una d.f. mayor. De esa forma, un objeto colocado entre el foco y dos veces la d.f. del objetivo proporciona una imagen real, invertida y mayor que el objeto. Esta imagen debe situarse dentro de la d.f. del ocular para que así actúe de objeto frente al ocular y produzca finalmente una imagen que es la que capta el ojo. Es real, invertida y de mucho mayor tamaño que el objeto.

Ángulo Límite (Reflexión Total)

Cuando la luz pasa de un medio más refringente a otro menos refringente, en definitiva, de un medio a otro de menor índice de refracción, de acuerdo con la ley de Snell, dependiendo de las condiciones, existe un ángulo de incidencia denominado ángulo límite para el cual el ángulo refractado es de 90 grados.

Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite, el rayo no se refracta, solo se refleja. Por eso decimos que para dicho ángulo se produce la reflexión total.

Óptica Geométrica

Reflexión en Espejos Planos

Un espejo es una superficie plana pulimentada que refleja los rayos de luz que le llegan. Al mirar un objeto en un espejo plano, vemos su imagen como si estuviéramos detrás del espejo. Las imágenes son del mismo tamaño que el objeto y están situadas a la misma distancia del espejo que el objeto. Para formar la imagen de un cuerpo a través de un espejo plano, basta con aplicar las leyes de la reflexión. Al prolongar estos rayos a partir del espejo, tenemos la imagen del punto del objeto, que será una imagen virtual.

Reflexión en Espejos Esféricos

Estos espejos son superficies esféricas. Si la superficie pulimentada es la interior, es cóncavo, y si es la exterior, convexo. Una magnitud muy importante es el foco, que cumple las siguientes condiciones:

  • a) En un espejo cóncavo, el foco es el punto donde se cortan los rayos reflejados que inciden paralelos al eje principal.
  • b) En un espejo convexo, el foco es el punto donde se cortan las prolongaciones de los citados rayos que inciden paralelos al eje.

Se llama distancia focal a la distancia entre el foco y el centro de la figura. Es posible predecir la imagen de un objeto situado frente a un espejo esférico sin más que seguir la trayectoria que siguen tres rayos cuya reflexión se conoce sin necesidad de realizar medidas de ángulos:

  1. En un espejo cóncavo, el rayo que incide paralelo al eje principal, al reflejarse, pasa por el foco. Si el espejo es convexo, la prolongación es la que pasa por el foco.
  2. En un espejo cóncavo, si el rayo incidente pasa por el foco, el rayo reflejado sale paralelo al eje del sistema. Mientras que en un espejo convexo, el rayo reflejado sale paralelo al eje cuando la prolongación del rayo incidente pasa por el foco.
  3. El rayo que incide perpendicular al espejo, al reflejarse, vuelve por el mismo camino. Dicho rayo pasa por el centro en un espejo cóncavo; en uno convexo, debe pasar por la prolongación de dicho rayo.

Principio de Huygens

Huygens ya había propuesto su naturaleza ondulatoria, pero no se reconoció de manera definitiva hasta que se pudo medir la velocidad de la luz en distintos medios. Cuando el debate parecía resuelto a favor de considerar la luz como una onda, Einstein explicó el efecto fotoeléctrico apoyándose en la naturaleza corpuscular de la luz, cuyos fotones interaccionaban con los electrones. La solución a este problema vino de la mano del francés Louis-Victor de Broglie, quien propuso la doble naturaleza, corpuscular y ondulatoria, para todas las partículas. Esto implica que la luz es una onda que se manifiesta en ocasiones como partículas, los fotones; a su vez, los electrones son partículas que pueden tener comportamiento ondulatorio. El principio de De Broglie supone la generalización de esta expresión para cualquier partícula: toda partícula material que se mueva lleva asociada una onda cuya longitud de onda viene dada por la siguiente expresión: (λ = h/p).

Principio de Indeterminación de Heisenberg

Estamos acostumbrados a resolver problemas en los que calculamos la posición y la velocidad de cuerpos en movimiento. Desde el punto de vista clásico, podríamos medir estas magnitudes con una precisión que solo esté limitada por las características del aparato que utilizamos; siempre cabría la posibilidad de construir un aparato más preciso para obtener una medida más exacta. Al estudiar un problema similar a nivel cuántico, nos encontramos que el doble carácter, corpuscular y ondulatorio, de las partículas impide que conozcamos con precisión y a la vez su posición y su cantidad de movimiento.


Esta imposibilidad es una cuestión intrínseca del sistema, que no se resuelve utilizando aparatos más precisos. Pero veámoslo con el siguiente ejemplo: supón que queremos medir la temperatura del agua que hay en un vaso; introducimos un termómetro y esperamos un tiempo para que alcance el equilibrio térmico; después, el termómetro marca la temperatura del agua. Para que se pueda hacer esta medida, el agua ha debido ceder calor al termómetro, lo cual provoca la dilatación que medimos; en consecuencia, la temperatura que estamos midiendo es un poco inferior a la que tenía el agua antes de introducir el termómetro. En condiciones normales, el error es imperceptible, porque la cantidad de calor que absorbe el termómetro es muy pequeña; pero si la cantidad de agua fuese muy pequeña, podríamos llegar a cometer un error importante. Piensa que para determinar la posición o la cantidad de movimiento de un electrón, tenemos que lanzar sobre él un fotón que, al interaccionar con el electrón, provoca cambios en su posición y velocidad. El propio hecho de medir lleva implícito un error en la medida. Recogiendo estas ideas, el físico alemán

Werner Karl Heisenberg (1901-1976) enunció en 1927 el principio de incertidumbre, que puede formularse así: no es posible determinar a la vez el valor exacto de la posición y el momento lineal de un objeto cuántico. Ambas indeterminaciones guardan la siguiente relación.

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