Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Instrumentos Ópticos


Los instrumentos ópticos son dispositivos que procesan ondas de luz para mejorar la imagen para una vista más clara o para recolectar luz para su medición. Estos instrumentos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones como la fotografía, la microscopía y la astronomía. El estudio de los instrumentos ópticos cae bajo la óptica geométrica, donde el comportamiento de los rayos de luz se utiliza para entender cómo funcionan estos instrumentos.

Fundamentos de la óptica geométrica

La óptica geométrica, también conocida como óptica de rayos, es una rama de la óptica que describe la propagación de la luz en términos de rayos. Los principios básicos de la óptica geométrica son la reflexión y la refracción, que están gobernados por reglas simples.

Reflexión

La ley de la reflexión establece que cuando un rayo de luz se refleja en una superficie, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Esto se puede demostrar utilizando un espejo simple. 

        Ángulo de incidencia (i) = Ángulo de reflexión (r)

Refracción

La refracción ocurre cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, cambiando su velocidad y dirección. La ley de Snell cuantifica este comportamiento: 

        n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)

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.

Tipos de instrumentos ópticos

Los instrumentos ópticos pueden clasificarse ampliamente en dos categorías: instrumentos para visualización, como microscopios y telescopios, e instrumentos para medición, como espectrómetros y fotómetros.

Microscopio

Un microscopio se utiliza para observar objetos que son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista. Utiliza una combinación de lentes para magnificar la imagen de un objeto pequeño. Los tipos básicos de microscopios incluyen el microscopio simple y el microscopio compuesto.

Microscopio simple

Un microscopio simple es básicamente una lupa con una distancia focal corta. Tiene una lente convexa para magnificar objetos.

objeto Lente imagen

Microscopio compuesto

Un microscopio compuesto utiliza dos o más lentes para lograr una gran magnificación. La lente objetiva, que está más cerca del objeto, forma una imagen real e invertida. La lente del ocular luego magnifica esta imagen.

objeto lente objetiva Lente del Ocular

Telescopio

Los telescopios se utilizan para observar objetos distantes. Pueden ser telescopios refractores o telescopios reflectores, dependiendo del método utilizado para recoger y enfocar la luz.

Telescopio refractor

Los telescopios refractores utilizan lentes convergentes para recolectar luz y enfocarla para formar una imagen. La primera lente, llamada objetivo, recolecta luz y forma una pequeña imagen del objeto distante, que luego es magnificada por la lente del ocular.

Objetivo Ocular

Telescopio reflector

Los telescopios reflectores utilizan espejos en lugar de lentes para enfocar la luz. Se utiliza un espejo cóncavo para recolectar la luz y reflejarla al punto focal, donde se forma una imagen. La imagen puede ser luego magnificada por el ocular.

espejo primario

Principios de lentes en instrumentos ópticos

Las lentes son componentes fundamentales en los instrumentos ópticos. Desvían los rayos de luz mediante refracción. Hay dos tipos principales de lentes: lentes convexas (convergentes) y lentes cóncavas (divergentes).

Lente convexa

Las lentes convexas son más gruesas en el centro que en los bordes. Convergen rayos de luz paralelos en un punto focal. La distancia focal de una lente convexa es la distancia desde el centro de la lente hasta el punto focal.

lente convexa Punto Focal

Lente cóncava

Las lentes cóncavas son más delgadas en el centro que en los bordes. Divergen rayos de luz paralelos. Se crea un punto focal virtual detrás de la lente.

Lente Cóncava punto focal virtual

Cada tipo de lente tiene diferentes efectos sobre los rayos de luz, y su aplicación en instrumentos ópticos varía según la formación de imagen o magnificación requerida.

Aplicaciones prácticas y ejemplos

Comprender cómo funcionan los dispositivos ópticos ayuda en una variedad de aplicaciones prácticas. Aquí hay algunos ejemplos:

Cámara

La cámara toma fotografías capturando luz en una superficie fotosensible. La lente enfoca la luz mediante refracción para formar una imagen nítida en la película o sensor.

Gafas

Las gafas corrigen la visión cambiando la trayectoria de los rayos de luz que entran en el ojo. Las lentes convexas corrigen la hipermetropía y las lentes cóncavas corrigen la miopía.

Proyector

El proyector magnifica imágenes enfocando y dirigiendo la luz a través de lentes. El sistema de lentes asegura que la imagen permanezca nítida y clara al proyectarse en la pantalla.

Prismáticos

Los prismáticos usan lentes y prismas para magnificar escenas distantes. La lente objetiva recolecta luz y la lente del ocular magnifica la imagen.

Conclusión

Los instrumentos ópticos son vitales para mejorar nuestra comprensión y capacidades de observación, desde el mundo microscópico hasta el vasto universo. La óptica geométrica proporciona una comprensión fundamental de cómo estos instrumentos controlan la luz, utilizando los principios de reflexión y refracción para ayudar en una variedad de aplicaciones científicas y prácticas.


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