Ondas electromagnéticas

siglo XIX, el físico James C. Maxwell propuso un conjunto de ecuaciones que explicaban todos los fenómenos eléctricos y magnéticos conocidos, y además predecían las ondas electromagnéticas (oem) cuya existencia fue verificada después por Hertz de forma experimental. La teoría de Maxwell también demostró que la luz es una onda electromagnética y unificó así la óptica con el electromagnetismo. Las oem son una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, y auto-mantenidos, que se propagan a través del espacio transportando energía. Sus principales características son:

• Pueden viajar en el vacío.
• Se propagan a la velocidad de la luz (en el vacío: c = 3·10^8 m/s).
• Son ondas transversales: los campos eléctrico y magnético son perpendiculares, y son a su vez perpendiculares a la dirección de propagación.
• Pueden expresarse como ondas armónicas con doble periodicidad espacial y temporal.

Las oem se diferencian por su frecuencia (que no varía aunque la onda cambie de medio). El espectro electromagnético es el conjunto de todos los tipos de ondas y contiene: ondas de radio (AM y FM) y de televisión, ondas de telefonía móvil, microondas (como las emitidas por los hornos), luz infrarroja, luz visible, luz ultravioleta, rayos X y rayos gamma, entre otras.

Las oem de mayor frecuencia (menor longitud de onda) son las más perjudiciales para los tejidos vivos, aunque se utilizan en medicina de forma controlada en el diagnóstico (radiografías) y tratamiento de enfermedades (radioterapia). En el caso de la luz visible, la frecuencia determina los distintos colores que vemos. Las oem que emiten los cuerpos celestes nos permiten conocer el universo. Desde el punto de vista tecnológico, las oem son la base de las telecomunicaciones inalámbricas.

Leyes de la reflexión y la refracción

Cuando una onda incide sobre la superficie de separación de dos medios de distinto índice de refracción, una parte de la onda se refleja y otra parte se refracta (se transmite al otro medio). Las leyes de la reflexión y la reflexión nos dicen que:

• Los rayos incidente, reflejado y refractado están en un mismo plano, llamado plano de incidencia, que es perpendicular a la superficie.
• El ángulo de incidencia, θ i , y el ángulo de reflexión, θ r , son iguales.
• El ángulo de incidencia y el ángulo de transmisión o refracción, θ t , están relacionados por la ley de Snell:
  

  n1 senθi = n2 senθt

  donde n1 y n2 son los índices en el primer y segundo medios.

La ley de Snell implica que si la luz pasa a un medio de índice mayor, los rayos se acercan a la normal (se alejan de la normal si el segundo medio posee un índice menor).

La ley de Snell también puede expresarse en función de las velocidades de la luz en los dos medios, teniendo en cuenta que n = c / v . Así: sen1/sen2=v1/v2

Defectos de la visión: Ametropías

Las ametropías son defectos refractivos del ojo debidos a un exceso o defecto de potencia óptica, que tienen como consecuencia que la imagen formada por el ojo en la retina esté desenfocada.

Decimos que un ojo es emétrope cuando no presenta ametropías, es decir, cuando su potencia es la adecuada en relación con su tamaño, de manera que el foco imagen está situado en la retina y las imágenes están enfocadas.

Hay tres tipos de ametropías: miopía, hipermetropía y astigmatismo.

Miopía: El ojo tiene un exceso de potencia con relación a su tamaño, por lo que el foco imagen está situado antes de la retina. En los ojos miopes las imágenes de objetos lejanos estarían enfocadas en un plano anterior, pero son borrosas en el plano de la retina.

La miopía se corrige con una lente divergente con la potencia (negativa) adecuada para restar el exceso de potencia del ojo y conseguir que los rayos se enfoquen en la retina.

Hipermetropía: Ocurre lo contrario que en la miopía: el foco imagen cae por detrás de la retina debido a un defecto de potencia en relación con la longitud del ojo.

Se corrige mediante una lente convergente (potencia positiva) que compensa el defecto de potencia del ojo.

Astigmatismo: Ocurre cuando el ojo tiene distinta potencia óptica a lo largo de dos meridianos perpendiculares (debido a que alguna de las superficies del ojo no tiene simetría de revolución o a que está inclinada respecto a las demás).

El astigmatismo se corrige mediante lentes tóricas, las cuales poseen dos curvaturas distintas a lo largo de sendos ejes perpendiculares.