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ContenidosArtículos

Magnitud física 1Radiación electromagnética 4Óptica 9

ReferenciasFuentes y contribuyentes del artículo 15Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes 16

Licencias de artículosLicencia 17

Magnitud física 1

Magnitud físicaUna magnitud física es una propiedad o cualidad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le puedenasignar distintos valores como resultado de una medición. Las magnitudes físicas se miden usando un patrón quetenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patrón.Por ejemplo, se considera que el patrón principal de longitud es el metro en el Sistema Internacional de Unidades.Las primeras magnitudes definidas estaban relacionadas con la medición de longitudes, áreas, volúmenes, masaspatrón, y la duración de periodos de tiempo.Existen magnitudes básicas y derivadas, y constituyen ejemplos de magnitudes físicas: la masa, la longitud, eltiempo, la carga eléctrica, la densidad, la temperatura, la velocidad, la aceleración, y la energía. En términosgenerales, es toda propiedad de los cuerpos que puede ser medida. De lo dicho se desprende la importanciafundamental del instrumento de medición en la definición de la magnitud.[1]

La Oficina Internacional de Pesos y Medidas, por medio del Vocabulario Internacional de Metrología (InternationalVocabulary of Metrology, VIM), define a la magnitud como un atributo de un fenómeno; un cuerpo o sustancia quepuede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente.[2]

A diferencia de las unidades empleadas para expresar su valor, las magnitudes físicas se expresan en cursiva: así, porejemplo, la "masa" se indica con "m", y "una masa de 3 kilogramos" la expresaremos como m = 3 kg.

Tipos de magnitudes físicasLas magnitudes físicas pueden ser clasificadas de acuerdo a varios criterios:•• Según su expresión matemática, las magnitudes se clasifican en escalares, vectoriales o tensoriales.•• Según su actividad, se clasifican en magnitudes extensivas e intensivas.

Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales• Las magnitudes escalares son aquellas que quedan completamente definidas por un número y las unidades

utilizadas para su medida. Esto es, las magnitudes escalares están representadas por el ente matemático mássimple, por un número. Podemos decir que poseen un módulo, pero que carecen de dirección. Su valor puede serindependiente del observador (v.g.: la masa, la temperatura, la densidad, etc.) o depender de la posición o estadode movimiento del observador (v.g.: la energía cinética)

• Las magnitudes vectoriales son aquellas que quedan caracterizadas por una cantidad (intensidad o módulo), yuna dirección. En un espacio euclidiano, de no más de tres dimensiones, un vector se representa mediante unsegmento orientado. Ejemplos de estas magnitudes son: la velocidad, la aceleración, la fuerza, el campo eléctrico,intensidad luminosa, etc.

Además, al considerar otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado demovimiento o de orientación, las magnitudes vectoriales no presentan invariancia de cada uno de loscomponentes del vector y, por tanto, para relacionar las medidas de diferentes observadores se necesitanrelaciones de transformación vectorial. En mecánica clásica también el campo electrostático se considera unvector; sin embargo, de acuerdo con la teoría de la relatividad esta magnitud, al igual que el campo magnético,debe ser tratada como parte de una magnitud tensorial.

• Las magnitudes tensoriales son las que caracterizan propiedades o comportamientos físicos modelizablesmediante un conjunto de números que cambian tensorialmente al elegir otro sistema de coordenadas asociado a unobservador con diferente estado de movimiento o de orientación.

De acuerdo con el tipo de magnitud, debemos escoger leyes de transformación de las componentes físicas de las magnitudes medidas, para poder ver si diferentes observadores hicieron la misma medida o para saber qué medidas

Magnitud física 2

obtendrá un observador, conocidas las de otro cuya orientación y estado de movimiento respecto al primero seanconocidos.

Magnitudes extensivas e intensivasUna magnitud extensiva es una magnitud que depende de la cantidad de sustancia que tiene el cuerpo o sistema.Las magnitudes extensivas son aditivas. Si consideramos un sistema físico formado por dos partes o subsistemas, elvalor total de una magnitud extensiva resulta ser la suma de sus valores en cada una de las dos partes. Ejemplos: lamasa y el volumen de un cuerpo o sistema, la energía de un sistema termodinámico, etc.Una magnitud intensiva es aquella cuyo valor no depende de la cantidad de materia del sistema. Las magnitudesintensivas tiene el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas.Ejemplos: la densidad, la temperatura y la presión de un sistema termodinámico en equilibrio.En general, el cociente entre dos magnitudes extensivas da como resultado una magnitud intensiva. Ejemplo: masadividida por volumen representa densidad.

Sistema Internacional de UnidadesEl Sistema Internacional de Unidades se basa en dos tipos de magnitudes físicas:• Las siete que toma como fundamentales, de las que derivan todas las demás. Son longitud, tiempo, masa,

intensidad de corriente eléctrica, temperatura, cantidad de sustancia e intensidad luminosa.• Las unidades derivadas, que son las restantes y que pueden ser expresadas con una combinación matemática de

las anteriores.

Unidades básicas o fundamentales del SILas magnitudes básicas no derivadas del SI son las siguientes:• Longitud: metro (m). El metro es la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792 458 segundos. Este

patrón fue establecido en el año 1983.• Tiempo: segundo (s). El segundo es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la

transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del cesio-133. Este patrón fue establecido en elaño 1967.

• Masa: kilogramo (kg). El kilogramo es la masa de un cilindro de aleación de Platino-Iridio depositado en laOficina Internacional de Pesas y Medidas. Este patrón fue establecido en el año 1887.

• Intensidad de corriente eléctrica: amperio (A). El amperio o ampere es la intensidad de una corriente constanteque, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circulardespreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro, en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-7

newton por metro de longitud.• Temperatura: kelvin (K). El kelvin es la fracción 1/273,16 de la temperatura del punto triple del agua.• Cantidad de sustancia: mol (mol). El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades

elementales como átomos hay en 12 gramos de carbono-12.• Intensidad luminosa: candela (cd). La candela es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que

emite una radiación monocromática de frecuencia 540×1012 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es1/683 vatios por estereorradián.

Magnitud física 3

Unidades Fundamentales en el Sistema Cegesimal C.G.S.• Longitud: centímetro (cm): 1/100 del metro (m) S.I.• Tiempo: segundo (s): La misma definición del S.I.• Masa: gramo (g): 1/1000 del kilogramo (kg) del S.I.

Unidades Fundamentales en el Sistema Gravitacional Métrico Técnico• Longitud: metro (m). La misma definición del Sistema Internacional.• Tiempo: segundo (s).La misma definición del Sistema Internacional.• Fuerza: kilogramo-fuerza (kgf). El peso de una masa de 1 kg (S.I.), en condiciones normales de gravedad

(g = 9,80665 m/s2).

Magnitudes físicas derivadasUna vez definidas las magnitudes que se consideran básicas, las demás resultan derivadas y se pueden expresar comocombinación de las primeras.Las unidades derivadas se usan para las siguientes magnitudes: superficie, volumen, velocidad, aceleración,densidad, frecuencia, periodo, fuerza, presión, trabajo, calor, energía, potencia, carga eléctrica, diferencia depotencial, potencial eléctrico, resistencia eléctrica, etcétera.Algunas de las unidades usadas para esas magnitudes derivadas son:• Fuerza: newton (N) que es igual a kg·m/s2

• Energía: julio (J) que es igual a kg·m2/s2

Referencias[1] Monsó Ferré, Fernando (2008). Física y Química 3º ESO. Barcelona (España): edebé. pp. 199. ISBN 9788423692460.[2] JCGM (2008). « International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms (VIM) 3rd Ed. (http:/ / www.

bipm. org/ utils/ common/ documents/ jcgm/ JCGM_200_2008. pdf)» (en inglés) (pdf) pág. 16. Consultado el 07-03-2010.

Enlaces externos• Wikisource contiene obras originales de o sobre Patrones oficiales de las magnitudes (España).Wikisource

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Magnitud física. Commons• Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) - The International System of Mesures (http:/ / www. bipm.

org/ utils/ common/ pdf/ si_brochure_8_en. pdf)

Radiación electromagnética 4

Radiación electromagnéticaLa radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagana través del espacio transportando energía de un lugar a otro.[1]

La radiación electromagnética puede manifestarse de diversas maneras como calor radiado, luzvisible,radiofrecuencia, rayos X o rayos gamma. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitanun medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. En el siglo XIX sepensaba que existía una sustancia indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagaciónde las ondas electromagnéticas. El estudio teórico de la radiación electromagnética se denomina electrodinámica y esun subcampo del electromagnetismo.

Fenómenos asociados a la radiación electromagnéticaExisten multitud de fenómenos físicos asociados con la radiación electromagnética que puden ser estudiados demanera unificada, como la interacción de ondas electromagnéticas y partículas cargadas presentes en la materia.Entre estos fenómenos están por ejemplo la luz visible, el calor radiado, las ondas de radio y televisión o ciertos tiposde radioactividad por citar algunos de los fenómenos más destacados. Todos estos fenómenos consisten en laemisión de radiación electromagnética en diferentes rangos de frecuencias (o equivalentemente diferentes longitudesde onda), siendo el rango de frecuencia o longitud de onda el más usado para clasificar los diferentes tipos deradiación electromagnética. La ordenación de los diversos tipos de radiación electrogmanética por frecuencia recibeel nombre de espectro electromagnético.

Luz visibleLa luz visible está formada por radiación electromagnética cuyas frecuencias están comprendidas entre 400 y 700nm. La luz es producida en la corteza atómica de los átomos, cuando un átomo por diversos motivos reciben energíapuede que algunos de sus electrones pasen a capas electrónicas de mayor energía. Los electrones son inestables encapas altas de mayor energía si existen niveles energéticos inferiores desocupados, por lo que tienden a caer haciaestos, pero al decaer hacia niveles inferiores la conservación de la energía requiere la emisión de fotones, cuyasfrecuencias frecuentemente caen en el rango de frecuencias asociados a la luz visible. Eso es precisamente lo quesucede en fenómenos de emisión primaria tan diversos como la llama del fuego, un filamente incandescente de unalámpara o la luz procdente del sol. Secundariamente la luz procedente de emisión primaria puede ser reflejada,refractada, absorbida parcialmente y esa es la razón por la cual objetos que no son fuentes de emisión primaria sonvisibles.

Calor radiadoCuando se someten a algún metal y otras substancias a fuentes de temperatura estas se calientan y llegan a emitir luzvisible. Para un metal este fenómeno se denomina calentar "al rojo vivo", ya que la luz emitida inicialmente esrojiza-anaranjada, si la temperatura se eleva más blanca-amarillenta. Conviene señalar que antes que la luz emitidapor metales y otras substancias sobrecalentadas sea vivible estos mismos cuerpos radian calor en forma de radiacióninfrarroja que es un tipo de radiación electromagnética no visible directamente por el ojo humano.

Radiación electromagnética 5

Interacción entre radiación electromagnética y conductoresCuando un alambre o cualquier objeto conductor, tal como una antena, conduce corriente alterna, la radiaciónelectromagnética se propaga en la misma frecuencia que la corriente.De forma similar, cuando una radiación electromagnética incide en un conductor eléctrico, hace que los electrones desu superficie oscilen, generándose de esta forma una corriente alterna cuya frecuencia es la misma que la de laradiación incidente. Este efecto se usa en las antenas, que pueden actuar como emisores o receptores de radiaciónelectromagnética.

Estudios mediante análisis del espectro electromagnéticoSe puede obtener mucha información acerca de las propiedades físicas de un objeto a través del estudio de suespectro electromagnético, ya sea por la luz emitida (radiación de cuerpo negro) o absorbida por él. Esto es laespectroscopia y se usa ampliamente en astrofísica y química. Por ejemplo, los átomos de hidrógeno tienen unafrecuencia natural de oscilación, por lo que emiten ondas de radio, las cuales tiene una longitud de onda de 21,12 cm.

Penetración de la radiación electromagnéticaEn función de la frecuencia, las ondas electromagnéticas pueden no atravesar medios conductores. Esta es la razónpor la cual las transmisiones de radio no funcionan bajo el mar y los teléfonos móviles se queden sin coberturadentro de una caja de metal. Sin embargo, como la energía no se crea ni se destruye, cuando una ondaelectromagnética choca con un conductor pueden suceder dos cosas. La primera es que se transformen en calor: esteefecto tiene aplicación en los hornos de microondas. La segunda es que se reflejen en la superficie del conductor(como en un espejo).

RefracciónLa velocidad de propagación de la radiación electromagnética en el vacío es c. La teoría electromagnética estableceque:

siendo y la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética del vacío respectivamente.En un medio material la permitividad eléctrica tiene un valor diferente a . Lo mismo ocurre con lapermeabilidad magnética y, por tanto, la velocidad de la luz en ese medio será diferente a c. La velocidad depropagación de la luz en medios diferentes al vacío es siempre inferior a c.Cuando la luz cambia de medio experimenta una desviación que depende del ángulo con que incide en la superficieque separa ambos medios. Se habla, entonces, de ángulo incidente y ángulo de transmisión. Este fenómeno,denominado refracción, es claramente apreciable en la desviación de los haces de luz que inciden en el agua. Lavelocidad de la luz en un medio se puede calcular a partir de su permitividad eléctrica y de su permeabilidadmagnética de la siguiente manera:

Radiación electromagnética 6

Dispersión

Dispersión de la luz blanca en un prisma.

La permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética de unmedio diferente del vacío dependen, además de la naturaleza delmedio, de la longitud de onda de la radiación. De esto sedesprende que la velocidad de propagación de la radiaciónelectromagnética en un medio depende también de la longitud deonda de dicha radiación. Por tanto, la desviación de un rayo de luzal cambiar de medio será diferente para cada color (para cadalongitud de onda). El ejemplo más claro es el de un haz de luzblanca que se "descompone" en colores al pasar por un prisma. Laluz blanca es realmente la suma de haces de luz de distintaslongitudes de onda, que son desviadas de manera diferente. Este fenómeno se llama dispersión. Es el causante de laaberración cromática, el halo de colores que se puede apreciar alrededor de los objetos al observarlos coninstrumentos que utilizan lentes como prismáticos o telescopios.

Radiación por partículas aceleradasUna consecuencia importante de la electrodinámica clásica es que una partícula cargada en movimiento acelerado(rectilíneo, circular o de otro tipo) debe emitir ondas electromagnéticas siendo la potencia emitida proporcional alcuadrado de su aceleración, de hecho la fórmula de Larmor para la potencia emitida viene dada por:

Donde:es la carga eléctrica de la partícula.es la aceleración de la partícula.la permitividad eléctrica del vacío.

es la velocidad de la luz.Un ejemplo de este fenómeno de emisión de radiación por parte de partículas cargadas es la radiación de sincrotrón.

Espectro electromagnéticoAtendiendo a su longitud de onda, la radiación electromagnética recibe diferentes nombres, y varía desde losenergéticos rayos gamma (con una longitud de onda del orden de picómetros) hasta las ondas de radio (longitudes deonda del orden de kilómetros), pasando por el espectro visible (cuya longitud de onda está en el rango de las décimasde micrómetro). El rango completo de longitudes de onda es lo que se denomina el espectro electromagnético.El espectro visible es un minúsculo intervalo que va desde la longitud de onda correspondiente al color violeta(aproximadamente 400 nanómetros) hasta la longitud de onda correspondiente al color rojo (aproximadamente 700nm).

Radiación electromagnética 7

En telecomunicaciones se clasifican las ondas mediante un convenio internacional de frecuencias en función delempleo al que están destinadas como se observa en la tabla, además se debe considerar un tipo especial llamadomicroondas, que se sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 30centímetros a 1 milímetro, que tienen la capacidad de atravesar la ionosfera terrestre, permitiendo la comunicaciónsatelital.

Clasificación de las ondas en telecomunicaciones

Sigla Rango Denominación Empleo

VLF 10 kHz a 30 kHz Muy baja frecuencia Radio gran alcance

LF 30 kHz a 300 kHz Baja frecuencia Radio, navegación

MF 300 kHz a 3 MHz Frecuencia media Radio de onda media

HF 3 MHz a 30 MHz Alta frecuencia Radio de onda corta

VHF 30 MHz a 300 MHz Muy alta frecuencia TV, radio

UHF 300 MHz a 3 GHz Ultra alta frecuencia TV, radar, telefonía móvil

SHF 3 GHz a 30 GHz Super alta frecuencia Radar

EHF 30 GHz a 300 GHz Extremadamente alta frecuencia Radar

Explicaciones teóricas de la radiación electromagnética

Ecuaciones de MaxwellMaxwell asoció varias ecuaciones, actualmente denominadas Ecuaciones de Maxwell, de las que se desprende queun campo eléctrico variable en el tiempo genera un campo magnético y, recíprocamente, la variación temporal delcampo magnético genera un campo eléctrico. Se puede visualizar la radiación electromagnética como dos camposque se generan mutuamente, por lo que no necesitan de ningún medio material para propagarse. Las ecuaciones deMaxwell también predicen la velocidad de propagación en el vacío (que se representa c, por la velocidad de la luz,con un valor de 299.792.458 m/s), y su dirección de propagación (perpendicular a las oscilaciones del campoeléctrico y magnético que, a su vez, son perpendiculares entre sí).

Radiación electromagnética 8

Dualidad onda-corpúsculoDependiendo del fenómeno estudiado, la radiación electromagnética se puede considerar no como una serie de ondassino como un haz o flujo de partículas, llamadas fotones. Esta dualidad onda-corpúsculo hace que cada fotón tengauna energía directamente proporcional a la frecuencia de la onda asociada, dada por la relación de Planck:

donde es la energía del fotón, es la constante de Planck y es la frecuencia de la onda.Valor de la constante de Planck

Así mismo, considerando la radiación electromagnética como onda, la longitud de onda y la frecuencia deoscilación están relacionadas por una constante, la velocidad de la luz en el medio (c en el vacío):

A mayor longitud de onda menor frecuencia (y menor energía según la relación de Plank).

Notas[1] (http:/ / books. google. es/ books?id=SzOSEZqPiDMC& pg=PA346& dq=Radiación+ electromagnética& hl=es&

ei=CjnYTKyBGqaU4gaY4MWnBw& sa=X& oi=book_result& ct=result& resnum=1& ved=0CC4Q6AEwAA#v=onepage& q=Radiaciónelectromagnética& f=false) Agentes físicos en rehabilitación. Escrito por Michelle H. Cameron. Página 346. (books.google.es).

Enlaces externos• Las ventanas del espectro electromagnético, en Astronoo (http:/ / www. astronoo. com/ articles/

espectroElectromagnetico-es. html)• Breve explicación de la aparición de las ondas electromagnéticas (http:/ / www. albertoroura. com/ peich.

php?ondas_electromagneticas)• Campos electromagnéticos y sus efectos sobre la salud (http:/ / copublications. greenfacts. org/ es/

campos-electromagneticos/ index. htm), resumen elaborado por GreenFacts de un informe de la DG SANCO dela Comisión Europea

• Campos electromagnéticos generados por las líneas eléctricas y efectos sobre la salud (http:/ / www. greenfacts.org/ es/ lineas-electricas/ index. htm), resumen de GreenFacts de un informe de la Agencia Internacional para laInvestigación del Cáncer

• Prontuario de la radiación electromagnética (http:/ / www. eeza. csic. es/ eeza/ documentos/RadiacionElectromagnetica_Esceptico24. pdf)

• Simbología electrónica de las ondas electromagnéticas (http:/ / www. simbologia-electronica. com/simbolos_electronicos/ simbolos_ondas_electricas. htm)

Óptica 9

ÓpticaEn la Edad Antigua se conocía la propagación rectilínea de la luz y la reflexión y refracción. Dos filósofos ymatemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica: Empédocles y Euclides.Ya en la Edad Moderna René Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de unmedio elástico perfecto (el éter) que llenaba el espacio. Atribuyó los diferentes colores a movimientos rotatorios dediferentes velocidades de las partículas en el medio.La ley de la refracción fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermatanunció el principio del tiempo mínimo y a partir de él dedujo la ley de la refracción. George Hatsian es el rey deóptico.Véase también: Ley de Snell

En la refracción el rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente; el rayode luz que se desvía al ingresar al segundo medio transpartente se denomina rayo refractado; el ángulo en que el rayoincidente, al ingresar al segundo medio, forma con la perpendicular al mismo, se denomina ángulo de incidencia; elángulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ángulo de refracción.

Interferencia y difracción

Interferencia (esquema simulado).

Robert Boyle y Robert Hooke y a dicha teoría la propuso IsaacNewton, los demás descubrieron, de forma independiente, el fenómenode la interferencia conocido como anillos de Newton. Hooke tambiénobservó la presencia de luz en la sombra geométrica, debido a ladifracción, fenómeno que ya había sido descubierto por FrancescoMaria Grimaldi. Hooke pensaba que la luz consistía en vibracionespropagadas instantáneamente a gran velocidad y creía que en un mediohomogéneo cada vibración generaba una esfera que crece de formaregular. Con estas ideas, Hooke intentó explicar el fenómeno de larefracción e interpretar los colores. Sin embargo, los estudios queaclararon las propiedades de los colores fueron desarrollados porNewton que descubrió en 1666 que la luz blanca puede dividirse en suscolores componentes mediante un prisma y encontró que cada color puro se caracteriza por una refractabilidadespecífica. Las dificultades que la teoría ondulatoria se encontraba para explicar la propagación rectilínea de la luz yla polarización (descubierta por Huygens) llevaron a Newton a inclinarse por la teoría corpuscular, que supone que laluz se propaga desde los cuerpos luminosos en forma de partículas.

Óptica 10

Dispersión de la luz en dos prismas de distintomaterial.

En la época en que Newton publicó su teoría del color, no se conocía sila luz se propagaba instantáneamente o no. El descubrimiento de lavelocidad finita de la luz lo realizó en 1675 Olaf Roemer a partir deobservaciones de los eclipses de Júpiter.

Primeras teorías y otros fenómenos

Por su parte, Hooke fue de los primeros defensores de la teoríaondulatoria que fue extendida y mejorada por Christian Huygens queenunció el principio que lleva su nombre, según el cual cada puntoperturbado por una onda puede considerarse como el centro de unanueva onda secundaria, la envolvente de estas ondas secundarias defineel frente de onda en un tiempo posterior. Con la ayuda de esteprincipio, consiguió deducir las leyes de la reflexión y refracción.También pudo interpretar la doble refracción del espato de Islandia,fenómeno descubierto en 1669 por Erasmus Bartholinus, gracias a lasuposición de la transmisión de una onda secundaria elipsoidal, ademásde la principal de forma esférica. Durante esta investigación Huygensdescubrió la polarización. Cada uno de los dos rayos emergentes de larefracción del espato de Islandia puede extinguirse haciéndolo pasar

por un segundo cristal del mismo material, rotado alrededor de un eje con la misma dirección que el rayo luminoso.Fue sin embargo Newton el que consiguió interpretar este fenómeno, suponiendo que los rayos tenían “lados”,propiedad que le pareció una objeción insuperable para la teoría ondulatoria de la luz, ya que en aquella época loscientíficos sólo estaban familiarizados con las ondas longitudinales.

El prestigio de Newton, indujo el rechazo por parte de la comunidad científica de la teoría ondulatoria, durante casiun siglo, con algunas excepciones, como la de Leonhard Euler. No fue hasta el comienzo del Siglo XIX en quenuevos progresos llevaron a la aceptación generalizada de la teoría ondulatoria. El primero de ellos fue laenunciación por Thomas Young en 1801, del principio de interferencia y la explicación de los colores de películasdelgadas. Sin embargo, como fueron expresadas en términos cualitativos no consiguieron reconocimientogeneralizado. En esta misma época Étienne-Louis Malus describió la polarización por reflexión, en 1808 observó lareflexión del Sol desde una ventana a través de un cristal de espato de Islandia y encontró que las dos imágenesbirrefringentes variaban sus intensidades relativas al rotar el cristal, aunque Malus no intentó interpretar elfenómeno.

Aportes de FresnelAugustin-Jean Fresnel ganó un premio instituido en 1818 por la academia de París por la explicación de ladifracción, basándose en la teoría ondulatoria, que fue la primera de una serie de investigaciones que, en el curso dealgunos años, terminaron por desacreditar completamente la teoría corpuscular. Los principios básicos utilizadosfueron: el principio de Huygens y el de interferencia de Young, los cuales, según demostró Fresnel, son suficientespara explicar, no sólo la propagación rectilínea, sino las desviaciones de dicho comportamiento (como la difracción).Fresnel calculó la difracción causada por rendijas, pequeñas aperturas y pantallas. Una confirmación experimental desu teoría de la difracción fue la verificación realizada por François Jean Dominique Arago de una predicción dePoisson a partir de las teorías de Fresnel, que es la existencia de una mancha brillante en el centro de la sombra de undisco circular pequeño.En el mismo año Fresnel también investigó el problema de la influencia del movimiento terrestre en la propagación de la luz. Básicamente el problema consistía en determinar si existe alguna diferencia entre la luz de las estrellas y la

Óptica 11

de fuentes terrestres. Arago encontró experimentalmente que (aparte de la aberración) no había diferencia. Sobre labase de este descubrimiento Fresnel desarrolló su teoría de la convección parcial del éter por interacción con lamateria, sus resultados fueron confirmados experimentalmente en 1851 por Armand Hyppolyte. Junto con Arago,Fresnel investigó la interferencia de rayos polarizados y encontró en 1816 que dos rayos polarizadosperpendicularmente uno al otro, nunca interferían. Este hecho no pudo ser reconciliado con la hipótesis de ondaslongitudinales, que hasta entonces se había dado por segura. Young explicó en 1817 el fenómeno con la suposiciónde ondas transversales.Fresnel intentó explicar la propagación de la luz como ondas en un material (éter) y dado que en un fluido sólo sonposibles las oscilaciones elásticas longitudinales, concluyó que el éter debía comportarse como un sólido, pero comoen aquella época la teoría de ondas elásticas en sólidos no estaba desarrollada, Fresnel intentó deducir laspropiedades del éter de la observación experimental. Su punto de partida fueron las leyes de propagación en cristales.En 1832, William Rowan Hamilton predijo a partir de las teorías de Fresnel la denominada refracción cónica,confirmada posteriormente de forma experimental por Humprey Lloyd.Fue también Fresnel el que en 1821 dio la primera indicación de las causas de la dispersión al considerar laestructura molecular de la materia, idea desarrollada posteriormente por Cauchy.Los modelos dinámicos de los mecanismos de las vibraciones del éter, llevaron a Fresnel a deducir las leyes queahora llevan su nombre y que gobiernan la intensidad y polarización de los rayos luminosos producidos por lareflexión y refracción.

La teoría del éterEn 1850 Foucault, Fizeau y Breguet realizaron un experimento crucial para decidir entre las teorías ondulatoria ycorpuscular. El experimento fue propuesto inicialmente por Arago y consiste en medir la velocidad de la luz en airey agua. La teoría corpuscular explica la refracción en términos de la atracción de los corpúsculos luminosos hacia elmedio más denso, lo que implica una velocidad mayor en el medio más denso. Por otra parte, la teoría ondulatoriaimplica, de acuerdo con el principio de Huygens que en el medio más denso la velocidad es menor.En las décadas que siguieron, se desarrolló la teoría del éter. El primer paso fue la formulación de una teoría de laelasticidad de los cuerpos sólidos desarrollada por Claude Louis Marie Henri Navier que consideró que la materiaconsiste de un conjunto de partículas ejerciendo entre ellas fuerzas a lo largo de las líneas que los unen. Diferentesdesarrollos aplicables a la Óptica fueron realizados por Siméon Denis Poisson, George Green, James MacCullagh yFranz Neuman. Todas ellas encontraban dificultades por intentar explicar el fenómeno óptico en términosmecánicos. Por ejemplo, al incidir sobre un medio una onda transversal, se deberían producir ondas, tantolongitudinales como transversales, pero, según los experimentos de Arago y Fresnel, solo se producen del segundotipo. Otra objeción a la hipótesis del éter es la ausencia de resistencia al movimiento de los planetas.Un primer paso para abandonar el concepto de éter elástico lo realizó MacCullagh, que postuló un medio conpropiedades diferentes a la de los cuerpos ordinarios. Las leyes de propagación de ondas en este tipo de éter sonsimilares a las ecuaciones electromagnéticas de Maxwell.A pesar de las dificultades, la teoría del éter elástico persistió y recibió aportaciones de físicos del siglo XIX, entreellos William Thomson (Lord Kelvin), Carl Neumann, John William Strutt (Lord Rayleigh) y Gustav Kirchhoff.

Las ondas luminosas como ondas electromagnéticasMientras tanto, las investigaciones en electricidad y magnetismo se desarrollaban culminando en los descubrimientos de Michael Faraday. James Clerk Maxwell consiguió resumir todo el conocimiento previo en este campo en un sistema de ecuaciones que establecían la posibilidad de ondas electromagnéticas con una velocidad que podía calcularse a partir de los resultados de medidas eléctricas y magnéticas. Cuando Rudolph Kohlrausch y Wilhelm Weber realizaron estas medidas, la velocidad obtenida resultó coincidir con la velocidad de la luz. Esto llevó a Maxwell a especular que las ondas luminosas eran electromagnéticas, lo que se verificó experimentalmente en 1888

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por Heinrich Hertz.

La teoría cuánticaPero, incluso la teoría electromagnética de la luz es incapaz de explicar el proceso de emisión y absorción. Para ello,Einstein y otros desarollaron una teoría cuántica basada en fotones de luz difractada. Esta línea de investigación hapermitido desarrollar una teoría bien verificada experimentalmente, y que ha supuesto la base de la óptica cuánticatal y como la conocemos hoy en día.Las leyes que rigen estos últimos procesos comenzaron a dilucidarse con Joseph von Fraunhofer que descubrió entre1814-1817 líneas oscuras en el espectro solar. La interpretación como líneas de absorción de las mismas se dio porprimera vez en 1861 sore la base de los experimentos de Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Kirchhoff. La luz deespectro continuo del Sol, al pasar por los gases de la atmósfera solar, pierde por absorción, justamente aquellasfrecuencias que los gases que la componen emiten. Este descubrimiento marca el inicio del análisis espectral que sebase en que cada elemento químico tiene un espectro de líneas característico. El estudio de estos espectros nopertenece exclusivamente al campo de la Óptica ya que involucra la mecánica de los propios átomos y las leyes delas líneas espectrales revelan información, no tanto sobre la naturaleza de la luz como la estructura de las partículasemisoras.Finalmente la comunidad científica acabó aceptando que la mecánica clásica es inadecuada para una descripcióncorrecta de los sucesos que ocurren en el interior de los átomos y debe ser reemplazada por la teoría cuántica. Laaplicación de la misma permitió a Niels Bohr explicar las leyes de las líneas espectrales de los gases. Así pues, lamecánica cuántica ha influido decisivamente sobre el concepto científico de la naturaleza de la luz. Fue AlbertEinstein el que, basándose en los cuantos de Planck retomó la teoría corpuscular de la luz en una nueva forma,asignándole realidad física de dichos cuantos (fotones). De este modo pudo explicar algunos fenómenos que sehabían descubierto, relativos a la transformación de la luz en energía corpuscular que eran inexplicables con la teoríaondulatoria. Así, en el efecto fotoeléctrico la energía impartida a las partículas secundarias es independiente de laintensidad y es proporcional a la frecuencia de la luz.La teoría detallada de la interacción entre campo y materia requiere de los métodos de la mecánica cuántica(cuantización del campo). En el caso de la radiación electromagnética, Dirac fue el primero en realizarlo, fundandolas bases de la óptica cuántica.La óptica a su vez ha influido decisivamente en otros frentes de la física, en particular la rama de la óptica de cuerposen movimiento participó en el desarrollo de la teoría de la relatividad. El primer fenómeno observado en este campofue la aberración de las estrellas fijas, estudiado por James Bradley en 1728. El fenómeno aparece con la observaciónde las estrellas en diferentes posiciones angulares, dependiendo del movimiento de la Tierra respecto a la direccióndel haz de luz. Bradley interpretó el fenómeno como causado por la velocidad finita de la luz y pudo determinar suvelocidad de este modo. Otro fenómeno de la óptica de cuerpos en movimiento es la convección de la luz por loscuerpos en movimiento, que Fresnel mostró se podía entenderse como la participación de éter en el movimiento consólo una fracción de la velocidad del cuerpo en movimiento.Fizeau demostró después esta convección experimentalmente con la ayuda de flujos de agua. El efecto del movimiento de la fuente luminosa fue estudiado por Christian Doppler, que formuló el principio de su mismo nombre. Hertz fue el primero en intentar generalizar las leyes de Maxwell a objetos en movimiento. Su formulación, sin embargo, entraba en conflicto con algunos experimentos. Otro investigador en este campo fue Hendrik Antoon Lorentz que supuso el éter en estado de reposo absoluto como portador del campo electromagnético y dedujo las propiedades de los cuerpos materiales a partir de la interacción de partículas eléctricas elementales (los electrones). Pudo deducir el coeficiente de convección de Fresnel a partir de su teoría, así como el resto de fenómenos conocidos en 1895. Sin embargo con la mejora de la precisión en la determinación de caminos ópticos, obtenida gracias al interferómetro de Albert Abraham Michelson con el que se descubrió una anomalía: resultó imposible demostrar la existencia de un corrimiento del éter requerida por la teoría del éter estacionario. Esta anomalía fue resuelta por

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Albert Einstein en 1905 con su teoría especial de la relatividad.

Teorías científicasDesde el punto de vista físico, la luz es una onda electromagnética. Según el modelo utilizado para la luz, sedistingue entre las siguientes ramas, por orden creciente de precisión (cada rama utiliza un modelo simplificado delempleado por la siguiente):• La óptica geométrica: Trata a la luz como un conjunto de rayos que cumplen el principio de Fermat. Se utiliza en

el estudio de la transmisión de la luz por medios homogéneos (lentes, espejos), la reflexión y la refracción.• La óptica electromagnética u óptica física: Considera a la luz como una onda electromagnética, explicando así la

difracción, interferencia, reflectancia y transmitancia, y los fenómenos de polarización y anisotropía.• La óptica cuántica: Estudio cuántico de la interacción entre las ondas electromagnéticas y la materia, en el que la

dualidad onda-corpúsculo desempeña un papel crucial.

Espectro electromagnéticoSi bien la Óptica se inició como una rama de la física distinta del electromagnetismo en la actualidad se sabe que laluz visible parte del espectro electromagnético, que no es más que el conjunto de todas las frecuencias de vibraciónde las ondas electromagnéticas. Los colores visibles al ojo humano se agrupan en la parte del "Espectro visible".

Referencias• Max Born, Emil Wolf (1991). Principles of Optics.. Pergamon Press Ltd. 0-08-026481-6.

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre ÓpticaCommons.• Libro de óptica electromagnética [1] (con licencia libre, por Álvaro Tejero Cantero• Óptica Pura y Aplicada - OPA, la revista científica de la Sociedad Española de Óptica [2]

• Óptica tradicional y moderna. Monografía de Daniel Malacara [3]

• Introducción a la óptica [4]

• Teoría de óptica geométrica [5]

• Anamorfosis espaciales animadas. Trompe l'oeils 3D [6]

• Óptica Geométrica [7]

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Referencias[1] http:/ / docs. alqua. org/ OE-1_1_0. pdf[2] http:/ / www. sedoptica. es/ main. html[3] http:/ / lectura. ilce. edu. mx:3000/ biblioteca/ sites/ ciencia/ volumen2/ ciencia3/ 084/ htm/ optica. htm[4] http:/ / www. monografias. com/ trabajos14/ opticatp/ opticatp. shtml[5] http:/ / www. geocities. com/ CapeCanaveral/ Hangar/ 7438/ teorade. htm[6] http:/ / www. 3dnauta. com/[7] http:/ / www. cidse. itcr. ac. cr/ cursos-linea/ EcuacionesDiferenciales/ EDO-Geo/ edo-cap5-geo/ laplace/ node7. html

Fuentes y contribuyentes del artículo 15

Fuentes y contribuyentes del artículoMagnitud física  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=53682045  Contribuyentes: Abgenis, Acratta, Alarmero, Aleator, Alefisico, Algarabia, Allforrous, Andreateletrabajo, AngelGN, Antón Francho, Baiji, Banfield, Barteik, Belb, Beto29, Billyrobshaw, BlackBeast, BuenaGente, Camilo, Carmin, Chabacano, Dangelin5, Darwino, Davius, Diegusjaimes, Docfredderick,Eamezaga, Edslov, Eduardosalg, Edupedro, Ejmeza, FAR, Farisori, Fernando javier perez, Fonadier, Foundling, FrancoGG, GermanX, Gustavocarra, Götz, HUB, House, Humbefa, Humberto,Ignaciojimenez89, Isha, IvanStepaniuk, JMCC1, JMPerez, Javitorvic, Jcaraballo, Jelf45, Jkbw, Johch1, Joseaperez, Kansai, Kraenar, Kved, LUXO1995, Laura Fiorucci, Leonpolanco,Leugim1972, Lourdes Cardenal, Macarrones, MadriCR, Makete, Maldoror, Manuelt15, Mar del Sur, MarcoAurelio, Matdrodes, Mcapdevila, Mnts, Muro de Aguas, Nachosan, Netito777, Nicop,OLM, Paomari17, Platonides, PoLuX124, Queninosta, Racso, Rafaelangel1997, Raulshc, Renly, Ricardogpn, Rodriajdre, Rrmsjp, Rubpe19, Ruy Pugliesi, Rαge, Saloca, Savh, Seraphimon216,Sergio Andres Segovia, Super braulio, Superzerocool, Tano4595, Technopat, Thunderbird2, Tirithel, TonyCba, Tuertooriginal, VanKleinen, Veon, XalD, Xosema, Xuankar, 448 edicionesanónimas

Radiación electromagnética  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=53513869  Contribuyentes: 3coma14, 4lex, Alberto Lopez Viñals, Aleator, Allforrous, Antón Francho,AstroNomo, Baiji, Bedwyr, Bentzia, CMorata, Califasuseso, Carlos Alberto Carcagno, Charlitos, Comae, Cookie, David0811, Davius, Diegusjaimes, Dodo, Edmenb, Faelomx, Felipebm,Fernando Estel, Flores,Alberto, Greek, Hispa, Hprmedina, Humberto, Ingolll, Isha, J.R.Menzinger, JEDIKNIGHT1970, JMCC1, Jkbw, Kabri, Kalimist, Klemen Kocjancic, Kuanto, Kved,Lascorz, Laura Fiorucci, Matdrodes, Matiasasb, Melocoton, Moleculax, Montgomery, Moriel, Mortadelo2005, Numbo3, Ortisa, PACO, Petruss, PhJ, PoLuX124, Ppfk, Quintupeu, Randyc,Rgx112, Rojagonzalez, RoyFocker, Sanbec, Savh, Super braulio, Superzerocool, Tano4595, Tarkus, Tarzan2010, Toranks, Tostadora, Tux, Valyag, Vicaram, Vitamine, Xenoforme, Xuankar,Youssefsan, 186 ediciones anónimas

Óptica  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=53634451  Contribuyentes: .José, 4lex, Agguizar, Ale flashero, Alefisico, Amanuense, Andreasmperu, Andregt95, Andreoliva,Açipni-Lovrij, Banfield, Barteik, Bedwyr, BuenaGente, Camilo, Carlos Molina Fisico, Comae, CommonsDelinker, Cookie, Davius, Diegusjaimes, Ehooo, Emiduronte, Felipealvarez, Furti, Gaiusiulius caesar, Gato ocioso, Gerchant, GermanX, Humberto, Isha, JEDIKNIGHT1970, Jarisleif, Jkbw, Jorge c2010, Josell2, Kabri, Laura Fiorucci, Lic. Armando, Luckas Blade, Macar, MadriCR,Mairiluz94, Maldoror, MarcoAurelio, Matdrodes, Maveric149, Mcanet, Migp, Mistwalker7, Moriel, Munt7, Muro de Aguas, Museovirtual, Mxtintin, Netito777, NofxRancid891,Otroniveldayron, P.o.l.o., Paintman, Pati, PetrohsW, Pitxulin1, Pleira, PoLuX124, Pyr0, Raimundo Pastor, Rednight, Roger diaz, Savh, Shalbat, Stifax, Tano4595, Technopat, Tripezo, UlisesSarry, Wikiléptico, Xuankar, Yakusin, Yina lizeth, Youandme, Zyder, conversion script, 171 ediciones anónimas

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