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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Óptica


La óptica es una rama de la física que estudia el comportamiento, las propiedades y los fenómenos de la luz. La luz es una onda electromagnética, pero para la mayoría de los cursos introductorios, la simplificamos en rayos y ondas para entender su comportamiento. Esta lección cubrirá varios conceptos fundamentales en óptica, incluyendo reflexión, refracción, ecuaciones de lentes y espejos, óptica de ondas, y más.

Naturaleza de la luz

La luz se puede ver de dos maneras principales: como una onda y como una partícula. Sin embargo, para esta discusión, nos centraremos en su naturaleza ondulatoria y la veremos como un haz de luz para simplificar.

Las ondas de luz son transversales, lo que significa que vibran perpendicularmente a la dirección en la que viajan. La velocidad de la luz en el vacío es aproximadamente c = 299,792,458 m/s. En otros medios, la luz viaja más lentamente debido a las interacciones con las partículas dentro del medio.

Reflexión

La reflexión ocurre cuando la luz incide en una superficie. La ley de la reflexión establece que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Esto se puede representar con la ecuación:

Ángulo de incidencia = Ángulo de reflexión

Si un rayo de luz incide en un espejo plano, entonces el ángulo θ i (ángulo de incidencia) será igual al ángulo θ r (ángulo de reflexión).

θ iθRGeneral

Ejemplo de la vida real: Los espejos en los coches utilizan los principios de reflexión para ayudar a los conductores a ver qué hay detrás de ellos.

Refracción

La refracción es la desviación de la luz cuando pasa de un medio a otro con diferente densidad. La luz se desvía debido al cambio en la velocidad de la luz al entrar en el nuevo medio.

La ley de Snell relaciona los ángulos de incidencia y refracción con los índices de refracción de los dos medios:

n 1 * sin(θ 1) = n 2 * sin(θ 2)

donde n es el índice de refracción del medio.

Medio 1 (n 1)Medio 2 (n 2)θ 1θ 2

Ejemplo de la vida real: Una pajita colocada en un vaso de agua parece doblarse en la superficie del agua debido a la refracción.

Lente

Las lentes son objetos transparentes que refractan la luz para hacer que converja o diverja. Las lentes comunes incluyen lentes convexas (que convergen la luz) y lentes cóncavas (que divergen la luz).

Lente convexa

Las lentes convexas son gruesas en el medio y delgadas en los bordes. Convergen los rayos de luz paralelos a un punto focal en la dirección opuesta.

1/f = (n - 1)(1/r 1 - 1/r 2)

donde f es la longitud focal, R 1 y R 2 son los radios de curvatura de las superficies de la lente.

F

Ejemplo de la vida real: Las lupas utilizan lentes convexas para hacer que los objetos parezcan más grandes.

Lente cóncava

Las lentes cóncavas son delgadas en el medio y gruesas en los bordes. Divergen los rayos de luz paralelos.

F

Ejemplo de la vida real: Las gafas para miopía utilizan lentes cóncavas, que hacen que la luz se disperse antes de llegar al ojo.

Espejo

Espejo cóncavo

Los espejos cóncavos, o espejos convergentes, están curvados hacia adentro. Reflejan la luz hacia un punto focal. Se utilizan en aplicaciones donde es beneficioso converger la luz.

Espejo convexo

Los espejos convexos o divergentes tienen superficies que se curvan hacia afuera. Dispersan la luz pero permiten un campo de visión más amplio.

Ejemplo de la vida real: Los espejos de estacionamiento de coches y los espejos de seguridad suelen ser espejos convexos.

Ecuación de lente y espejo

Podemos usar las siguientes ecuaciones de espejo y lente para resolver varias propiedades:

1/f = 1/ d + 1/ di

donde f es la longitud focal, d o es la distancia del objeto, y d i es la distancia de la imagen.

Óptica de ondas

Mientras que el modelo de rayos de luz nos ayuda a explicar muchos fenómenos, falla cuando la naturaleza ondulatoria de la luz es evidente. En tales casos, la óptica de ondas se vuelve importante para entender la interferencia, la difracción y la polarización.

Interferencia

La interferencia ocurre cuando dos o más ondas de luz se combinan para formar un nuevo patrón de onda. Esto puede ocurrir como interferencia constructiva o destructiva.

d * sin(θ) = m * λ

donde d es la distancia entre las rendijas, θ es el ángulo de interferencia, m es el número de serie, y λ es la longitud de onda de la luz.

Difracción

La difracción es la desviación de las ondas de luz alrededor de obstáculos y orificios. El grado de difracción depende del tamaño del obstáculo en relación con la longitud de onda de la luz.

Polarización

La polarización es el proceso en el cual las ondas de luz u otra radiación electromagnética se limitan a ciertas direcciones de vibración. Por eso las gafas de sol polarizadas son útiles para reducir el deslumbramiento.

Conclusión

La óptica es un campo vasto y fascinante de la física que explora cómo se comporta la luz. Al entender los principios de reflexión, refracción, lentes, espejos y óptica de ondas, podemos resolver problemas de la vida real e innovar en una variedad de campos tecnológicos. El estudio de la luz es fundamental para nuestra comprensión del mundo natural y sigue siendo un área de importante investigación científica.


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