Desde las gotas de lluvia que caen hasta la cuerda de una guitarra cuando suena, las ondas ondulatorias se encuentran a tu alrededor.
En esta experiencia de aprendizaje, revisarás las ondas geométricas y ondulatorias, sus conceptos fundamentales y por qué son tan importantes para entender el comportamiento de la luz y la construcción de imágenes; asimismo, examinarás algunos ejemplos sobre el comportamiento de las imágenes a partir de las ondas geométricas en diferentes tipos de espejos, así como las fórmulas y variables que intervienen en estos fenómenos.
Ondas geométricas
En la física, las ondas geométricas (comportamiento geométrico de las ondas) forman parte del estudio óptico de la trayectoria de la luz, sobre todo cuando inciden en una superficie y experimentan una reflexión y una refracción. En este sentido, los sistemas ópticos se conforman de un conjunto de medios materiales con superficies limitantes de cualquier naturaleza.
Las imágenes son una construcción geométrica, el lugar donde los rayos que inciden en la superficie de un objeto se interceptan o parecen originarse. Los espejos planos ofrecen un buen ejemplo de este principio, ya que las imágenes reflejadas en ellos presentan dos propiedades principales: 1) la imagen está tan lejos detrás del espejo como frente a él y 2) la imagen no tiene aumento, pues es virtual y derecha.
Construcción de imágenes
Tabla 1. Tipos de construcción de imágenes.
Fuente: Tippens, P. (2020). Física conceptos y aplicaciones (8a ed.). México: McGraw Hill.
Ondas ondulatorias
El comportamiento ondulatorio de las ondas se describe mediante el modelo de Maxwell, el cual demuestra que las ondas luminosas son electromagnéticas y no necesitan de algún medio para propagarse. La frecuencia de estas ondas es mayor a las de radio y tiene un efecto de impresión en la retina del ojo.
En sí, la luz se debe a la oscilación de las cargas que conforman la materia; como tal, se trata de un fenómeno electromagnético que se extiende de manera ondulatoria transversal a través del vacío.
Figura 1. Fenómenos de la propagación de las ondas
Fuente: Tippens, P. (2020). Física conceptos y aplicaciones (8a ed.). México: McGraw Hill.
Ahora, examina el siguiente ejemplo. Tienes un espejo cóncavo de longitud focal de 10 cm, así que el cálculo de la posición de la imagen reflejada de un objeto de 25 cm se obtiene mediante esta fórmula:
Sustituye los valores conocidos:
Luego, despeja la posición de la imagen reflejada (q):
Esto arroja el siguiente resultado:
No obstante, si q es la distancia de la imagen, para calcular la amplificación recurre a esta fórmula:
Al sustituir los valores, obtienes que:
Recuerda que las ondas geométricas y su comportamiento ondulatorio forman parte de la teoría óptica; asimismo, la forma de propagación geométrica de la luz se puede describir mediante fenómenos como la refracción y reflexión. El comportamiento ondulatorio de las ondas se estudia para tratar de explicar las situaciones que ocurren cuando la luz interactúa con la materia, como la interferencia, la difracción y la polarización.
Asegúrate de:
