El Estudio de las Perturbaciones y la Luz

Una onda es una perturbación que se propaga a través del espacio y el tiempo, transportando energía sin transportar materia. La luz es un tipo de onda electromagnética, y su estudio se divide en óptica geométrica y óptica física.

1. Movimiento Ondulatorio

Una onda armónica se describe por la ecuación: $$ y(x,t) = A \sin(kx \pm \omega t + \phi_0) $$

Donde A es la amplitud, k es el número de onda, $\omega$ es la frecuencia angular y $\phi_0$ es la fase inicial. Todas las ondas exhiben fenómenos como la reflexión, refracción (descrita por la Ley de Snell: $n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2$), difracción (curvado de las ondas al pasar por una abertura) e interferencia (superposición de ondas).

$Diagrama de la Ley de Snell mostrando un rayo de luz refractándose al pasar de un medio (n1) a otro (n2).$

La refracción de la luz, descrita por la Ley de Snell.

2. Sonido

El sonido es una onda mecánica longitudinal. Sus cualidades son la intensidad (relacionada con la amplitud), el tono (relacionado con la frecuencia) y el timbre (relacionado con la forma de la onda y los armónicos).

3. Óptica Geométrica

Modela la luz como rayos que viajan en línea recta. Es una aproximación válida cuando los obstáculos son mucho más grandes que la longitud de onda de la luz. Se usa para estudiar la formación de imágenes en espejos y lentes.

Espejos: Planos, cóncavos y convexos. Forman imágenes por reflexión.
Lentes Delgadas: Convergentes y divergentes. Forman imágenes por refracción. La ecuación fundamental es:

$$ \frac{1}{s'} - \frac{1}{s} = \frac{1}{f'} $$

donde s es la distancia objeto, s' la distancia imagen y f' la distancia focal.

Diagrama de trazado de rayos para una lente convergente que muestra cómo los rayos paralelos convergen en el punto focal.

Formación de imagen por refracción en una lente convergente.

Ondas y Óptica

Recursos Adicionales