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  1. Prefacio
  2. Óptica
    1. 1 La naturaleza de la luz
      1. Introducción
      2. 1.1 La propagación de la luz
      3. 1.2 La ley de reflexión
      4. 1.3 Refracción
      5. 1.4 Reflexión interna total
      6. 1.5 Dispersión
      7. 1.6 Principio de Huygens
      8. 1.7 Polarización
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Óptica geométrica y formación de imágenes
      1. Introducción
      2. 2.1 Imágenes formadas por espejos planos
      3. 2.2 Espejos esféricos
      4. 2.3 Imágenes formadas por refracción
      5. 2.4 Lentes delgadas
      6. 2.5 El ojo
      7. 2.6 La cámara
      8. 2.7 La lupa simple
      9. 2.8 Microscopios y telescopios
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 3 Interferencias
      1. Introducción
      2. 3.1 Interferencia de doble rendija de Young
      3. 3.2 Matemáticas de la interferencia
      4. 3.3 Interferencias de rendijas múltiples
      5. 3.4 Interferencia de película delgada
      6. 3.5 El interferómetro de Michelson
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Difracción
      1. Introducción
      2. 4.1 Difracción de una rendija
      3. 4.2 Intensidad en la difracción de una rendija
      4. 4.3 Difracción de doble rendija
      5. 4.4 Rejillas de difracción
      6. 4.5 Aberturas circulares y resolución
      7. 4.6 Difracción de rayos X
      8. 4.7 Holografía
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Física moderna
    1. 5 Relatividad
      1. Introducción
      2. 5.1 Invariancia de las leyes físicas
      3. 5.2 Relatividad de la simultaneidad
      4. 5.3 Dilatación del tiempo
      5. 5.4 Contracción de longitud
      6. 5.5 La transformación de Lorentz
      7. 5.6 Transformación relativista de la velocidad
      8. 5.7 Efecto Doppler para la luz
      9. 5.8 Momento relativista
      10. 5.9 Energía relativista
      11. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Fotones y ondas de materia
      1. Introducción
      2. 6.1 Radiación de cuerpo negro
      3. 6.2 Efecto fotoeléctrico
      4. 6.3 El efecto Compton
      5. 6.4 Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno
      6. 6.5 Las ondas de materia de De Broglie
      7. 6.6 Dualidad onda-partícula
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 7 Mecánica cuántica
      1. Introducción
      2. 7.1 Funciones de onda
      3. 7.2 El principio de incertidumbre de Heisenberg
      4. 7.3 La ecuación de Schrӧdinger
      5. 7.4 La partícula cuántica en una caja
      6. 7.5 El oscilador armónico cuántico
      7. 7.6 El efecto túnel de las partículas a través de las barreras de potencial
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 8 Estructura atómica
      1. Introducción
      2. 8.1 El átomo de hidrógeno
      3. 8.2 Momento dipolar magnético orbital del electrón
      4. 8.3 Espín del electrón
      5. 8.4 El principio de exclusión y la tabla periódica
      6. 8.5 Espectros atómicos y rayos X
      7. 8.6 Láseres
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    5. 9 Física de la materia condensada
      1. Introducción
      2. 9.1 Tipos de enlaces moleculares
      3. 9.2 Espectros moleculares
      4. 9.3 Enlaces en los sólidos cristalinos
      5. 9.4 Modelo de electrones libres de los metales
      6. 9.5 Teoría de bandas de los sólidos
      7. 9.6 Semiconductores y dopaje
      8. 9.7 Dispositivos semiconductores
      9. 9.8 Superconductividad
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Física nuclear
      1. Introducción
      2. 10.1 Propiedades de los núcleos
      3. 10.2 Energía de enlace nuclear
      4. 10.3 Decaimiento radioactivo
      5. 10.4 Reacciones nucleares
      6. 10.5 Fisión
      7. 10.6 Fusión nuclear
      8. 10.7 Usos médicos y efectos biológicos de la radiación nuclear
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Física de partículas y cosmología
      1. Introducción
      2. 11.1 Introducción a la física de partículas
      3. 11.2 Leyes de conservación de las partículas
      4. 11.3 Cuarks
      5. 11.4 Aceleradores y detectores de partículas
      6. 11.5 El modelo estándar
      7. 11.6 El Big Bang
      8. 11.7 Evolución del universo primigenio
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
  12. Índice

Objetivos De Aprendizaje

Al final de esta sección podrá:

  • Describir cómo se graba una imagen tridimensional en forma de holograma
  • Describir cómo se forma una imagen tridimensional a partir de un holograma

Un holograma, como el que aparece en la Figura 4.27, es una verdadera imagen tridimensional grabada en una película mediante láser. Los hologramas se utilizan para divertirse, para decorar artículos novedosos y portadas de revistas, para la seguridad de las tarjetas de crédito y los permisos de conducir (se necesita un láser y otros equipos para reproducirlos) y para el almacenamiento importante de información tridimensional. Puede ver que un holograma es una verdadera imagen tridimensional porque los objetos cambian de posición relativa en la imagen cuando se ven desde diferentes ángulos.

Fotografía de un holograma en una tarjeta de crédito. Tiene forma de pájaro y refleja muchos colores.
Figura 4.27 Las tarjetas de crédito suelen tener hologramas para los logotipos, lo que dificulta su reproducción (crédito: Dominic Alves)

El nombre holograma significa “imagen completa” (del griego holo, como en holístico) porque la imagen es tridimensional. Laholografía es el proceso de producción de hologramas y, aunque se graban en una película fotográfica, el proceso es muy diferente al de la fotografía normal. La holografía utiliza la interferencia de la luz o la óptica ondulatoria, mientras que la fotografía normal utiliza la óptica geométrica. La Figura 4.28 muestra un método para producir un holograma. La luz coherente de un láser es dividida por un espejo, y parte de la luz ilumina el objeto. El resto, llamado haz de referencia, brilla directamente sobre un fragmento de película. La luz dispersada por el objeto interfiere con el haz de referencia, produciendo interferencias constructivas y destructivas. Como resultado, la película expuesta tiene un aspecto borroso, pero un examen más detallado revela un complicado patrón de interferencia almacenado en ella. Donde la interferencia era constructiva, la película (un negativo en realidad) se oscurece. La holografía se denomina a veces fotografía sin lentes, porque utiliza las características ondulatorias de la luz, a diferencia de la fotografía normal, que utiliza óptica geométrica y requiere lentes.

Un espejo en la parte superior mira a la izquierda y una placa fotográfica en la parte inferior mira a la derecha. Debajo del espejo, a la derecha, hay un objeto marcado como dinosaurio. Los rayos paralelos marcados como onda de referencia entran por la izquierda. Algunos inciden en el espejo y se reflejan en la placa fotográfica. Algunas inciden sobre el objeto y se reflejan en la placa fotográfica. Estos últimos son marcados como onda del objeto.
Figura 4.28 Producción de un holograma. La luz coherente de una sola longitud de onda de un láser produce un patrón de interferencia bien definido en un fragmento de película. Un espejo parcialmente plateado divide el rayo láser, de manera que una parte de la luz ilumina el objeto y el resto brilla directamente sobre la película. (crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villarreal)

La luz que incide sobre un holograma puede formar una imagen tridimensional del objeto original. El proceso es complicado en sus detalles, pero se pueden entender los fundamentos, como se muestra en la Figura 4.29, donde un láser del mismo tipo que expuso la película se utiliza ahora para iluminarla. Las diminutas regiones expuestas de la película son oscuras y bloquean la luz, mientras que las regiones menos expuestas dejan pasar la luz. Así, la película se comporta como una colección de rejillas de difracción con distintos patrones de espaciado. La luz que atraviesa el holograma se difracta en varias direcciones, produciendo imágenes reales y virtuales del objeto utilizado para exponer la película. El patrón de interferencia es el mismo que el producido por el objeto. Al mover el ojo a varios lugares del patrón de interferencia se obtienen diferentes perspectivas, igual que si se mirara directamente al objeto. Así, la imagen se parece al objeto y es tridimensional como este.

Una pantalla en el centro está marcada como holograma y reconstrucción. Los rayos marcados como onda de referencia la atraviesan de izquierda a derecha. El dinosaurio de la derecha está marcado como imagen real. El dinosaurio está orientado hacia la izquierda. Los rayos de la pantalla inciden sobre él. A la izquierda de la pantalla aparece una imagen difuminada de un dinosaurio mirando hacia la derecha. Este se denomina imagen virtual. Los rayos que salen de aquí atraviesan la pantalla y llegan al ojo del observador.
Figura 4.29 Un holograma de transmisión es aquel que produce imágenes reales y virtuales cuando se hace pasar por el un láser del mismo tipo que el que expuso el holograma. La difracción de varias partes de la película produce el mismo patrón de interferencia que produjo el objeto que se utilizó para exponerla. (crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villarreal)

El holograma ilustrado en la Figura 4.29 es un holograma de transmisión. Los hologramas que se ven con luz reflejada, como los hologramas de luz blanca de las tarjetas de crédito, son hologramas de reflexión y son más comunes. Los hologramas de luz blanca suelen aparecer un poco borrosos con los bordes del arcoíris, porque los patrones de difracción de los distintos colores de la luz están en lugares ligeramente diferentes debido a sus distintas longitudes de onda. Otros usos de la holografía son todo tipo de almacenamiento de información tridimensional, como las estatuas de los museos, los estudios de ingeniería de estructuras y las imágenes de órganos humanos.

Inventada a finales de la década de 1940 por Dennis Gabor (1900-1970), que ganó el Premio Nobel de Física en 1971 por su trabajo, la holografía se hizo mucho más práctica con el desarrollo del láser. Como los láseres producen luz coherente de una sola longitud de onda, sus patrones de interferencia son más pronunciados. La precisión es tan grande que incluso es posible grabar numerosos hologramas en un solo fragmento de película con solo cambiar el ángulo de la película para cada imagen sucesiva. Así es como se producen los hologramas que se mueven al pasar junto a ellos: una especie de película sin lentes.

Del mismo modo, en el campo de la medicina, los hologramas han permitido realizar visualizaciones holográficas tridimensionales completas de objetos a partir de una serie de imágenes. Almacenar estas imágenes para su uso futuro es relativamente fácil. Con el uso de un endoscopio se pueden obtener imágenes holográficas tridimensionales de alta resolución de los órganos y tejidos internos.

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