Propiedades Ópticas: Absorción, Reflexión y Refracción. Aprende cómo la luz interactúa con materiales y cómo estos fenómenos afectan su comportamiento visible.
Propiedades Ópticas: Absorción, Reflexión y Refracción
La óptica es la rama de la física que se dedica al estudio de la luz y sus interacciones con la materia. Dentro de esta disciplina, tres fenómenos ópticos fundamentales son la absorción, la reflexión y la refracción. Estos procesos determinan cómo percibimos el mundo visualmente y tienen aplicaciones cruciales en la ingeniería, la tecnología, y la ciencia en general. En este artículo, exploraremos las bases teóricas y las fórmulas fundamentales relacionadas con estos fenómenos ópticos.
Absorción
La absorción de luz ocurre cuando la energía de los fotones es capturada por los átomos o moléculas del material, convirtiéndose generalmente en energía térmica. Este proceso se describe mediante la Ley de Beer-Lambert, que establece que la absorbancia de un material es directamente proporcional a la concentración del soluto y a la longitud del camino óptico.
La ley de Beer-Lambert se expresa mediante la siguiente fórmula:
donde A es la absorbancia, ε es el coeficiente de absorción molar (que depende del material y la longitud de onda de la luz), c es la concentración del soluto y l es la longitud del camino que recorre la luz a través del material.
Reflexión
La reflexión se produce cuando la luz incide sobre la superficie de un material y, en lugar de ser absorbida, rebota. Este fenómeno obedece a la Ley de Reflexión, que establece que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Estos ángulos se miden con respecto a la normal (una línea perpendicular) a la superficie en el punto de incidencia.
La Ley de Reflexión se puede escribir como:
donde θi es el ángulo de incidencia y θr es el ángulo de reflexión.
La reflexión puede ser especular (cuando una superficie lisa refleja la luz en una dirección definida) o difusa (cuando una superficie rugosa dispersa la luz en múltiples direcciones).
Refracción
La refracción es el cambio de dirección que experimenta la luz al pasar de un medio a otro con diferente índice de refracción. Este fenómeno se explica por el hecho de que la velocidad de la luz es diferente en cada medio.
El índice de refracción, n, se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío, c, y su velocidad en el medio, v:
La Ley de Snell determina la relación entre los ángulos de incidencia y refracción en la interfase de dos medios diferentes:
donde n1 y n2 son los índices de refracción de los dos medios, y θ1 y θ2 son los ángulos de incidencia y refracción respectivamente.
La refracción es responsable de fenómenos ópticos como la dispersión de la luz (como en la formación de arcoíris) y la desviación de los rayos luminosos al pasar a través de lentes, lo cual es fundamental en la óptica de instrumentos como telescopios y microscopios.