CONCEPTOS BÁSICOS DE ÓPTICA
I.- ÓPTICA FÍSICA.- La óptica física es la rama de la óptica que toma la luz como una onda y explica algunos fenómenos que no se podrían explicar tomando la luz como un rayo.
TEORÍAS DE LA LUZ:
TEORÍA CORPUSCULAR DE ISAAC NEWTON.- La luz está compuesta por corpúsculos lo que explica su propagación en línea recta.
TEORÍA ONDULATORIA DE CHRISTIAN HUYGENS.- Formula un modelo ondulatorio para la luz en el que considera a ésta como una onda material que se propaga en el vacío a través del éter.
TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA DE JAMES CLERK MAXWELL.- Considera que la luz es una onda electromagnética. Un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí tienen una variación armónica y ambos se propagan por el espacio sin necesidad de un medio material. De tal forma las variaciones E y B se auto sostienen.
PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.- Las ondas electromagnéticas se propagan en línea recta en un mismo medio. Su velocidad de propagación en el vacío es “c”.
LA LUZ VISIBLE.- Es la radiación visible del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos.
Por tanto nuestros ojos funcionan como antenas receptoras de las ondas electromagnéticas comprendidas, aproximadamente, entre las frecuencias de 4·1014 Hz (para el color rojo) y unos 8·1014 Hz (para el color violeta).
(Ondas de telefonía móvil: Son ondas de radio de alta frecuencia de entre 850 (8,5·108Hz) y 950 (9,5·108Hz) Megahercios, cercanas a las microondas, 1000 MHz (megahercios) (109 Hz = 10·108 Hz) que son capaces de atravesar todo tipo de objetos: Muros de hormigón; paredes; edificios y por supuesto todo ser animal o vegetal).
ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE LA LUZ.- Es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en ese medio.
n= c/v
Es adimensional y su valor deberá ser siempre mayor o igual a la unidad en el aire, puesto que en cualquier otro medio la velocidad de la luz es menor que en el vacío. Teniendo en cuente que la velocidad de una onda es igual al producto de su longitud de onda por su frecuencia:
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c = λ0.f |
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v= λ. f |
Se sabe que cuando la luz cambia de medio, conserva su frecuencia.
REFLEXIÓN DE LA LUZ.- Cuando la luz se propaga por un medio y llega a la superficie de separación con otro medio pero no puede pasar al segundo vuelve hacia el medio de procedencia. Este fenómeno se llama reflexión y se rige por las leyes:
1.- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia están en el mismo plano.
2.- El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.
Se distingue dos tipos de reflexión:
Reflexión especular: la luz se refleja sobre una superficie pulimentada, como un espejo.
Reflexión difusa: la luz se refleja sobre una superficie rugosa y los rayos salen rebotados en todas direcciones.
REFRACCIÓN DE LA LUZ.- La refracción de la luz consiste en el cambio de dirección que experimenta el rayo luminoso al pasar de un medio a otro. Es decir, la luz que procede de un medio 1 en el que se propaga con una velocidad v1, pasa a un medio 2 en el que se propaga con una velocidad v2.
Las leyes de la refracción son:
1. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal en el punto de incidencia están en el mismo plano.
2. El producto del índice de refracción en cada medio por el seno del ángulo que forma el rayo con la normal en el punto de incidencia es constante (invariante de refracción)
El fenómeno de la refracción es el causante de que nuestro cerebro nos haga ver cosas donde no las hay. Por ejemplo, esa es la causa de que cuando miramos una cucharilla sumergida en parte en el agua se ve como si se hubiera doblado.
DISPERSIÓN DE LA LUZ.- La luz visible está formada en la mayor parte de los casos por una mezcla de radiaciones de distintas longitudes de onda. La luz blanca es una mezcla de todas las ondas electromagnéticas del espectro visible (del rojo al violeta). Las distintas radiaciones tienen distintas frecuencias y distintas longitudes de onda. Al atravesar un prisma óptico cada una de estas radiaciones es desviada en distinta forma ya que el índice de refracción es diferente para cada color debido a que cada uno de ellos se propaga a distinta velocidad en un medio diferente del vacío o del aire. De esta forma se explica la formación del arco iris. Otra forma de probarlo es con el disco de Newton.
PORQUÉ LOS OBJETOS TIENEN DISTINTOS COLORES?.- El sol emite luz blanca, la suma de todos los colores del espectro visible:
- Un objeto se ve de color blanco porque refleja todos los colores
- Un objeto se ve de color rojo porque absorbe todos los colores MENOS el rojo
- Un objeto se ve de color negro si absorbe toda la radiación que le llega.
EFECTO DOPPLER EN LA LUZ.- En el caso de la luz implica una variación en la frecuencia percibida de un emisor luminoso cuando este se encuentra en movimiento con respecto al observador, el observador está en movimiento respecto al foco o ambos se mueven uno respecto del otro.
II.- ÓPTICA GEOMÉTRICA.- Es la parte de la óptica que trata, a partir de representaciones geométricas, de los cambios de dirección que experimentan los rayos luminosos en los distintos fenómenos de reflexión y refracción.
Objeto o imagen real.- Aquel para el cual los rayos de luz se cruzan en forma real. Se puede proyectar sobre una pantalla.
Objeto o imagen virtual.- Aquel para el cual los rayos de luz no se cruzan de forma real, sino que lo hacen su prolongaciones. Es cuando la imagen no puede proyectarse.
ESPEJOS PLANOS.- Un espejo plano es una superficie plana que refleja totalmente la luz.
Obtención de la imagen:
- Método gráfico:
Rayo 1
LENTES.- Es un material transparente de índice n’, el medio exterior de índice n, separados por dos superficies. Ejemplo: una bolsa de aire dentro del agua podría ser una lente.
Dado un objeto s, y su imagen será s’, y’.
TIPOS DE LENTES: se denominan según el radio de curvatura de las superficies: Por ejemplo:
(a) plano-cóncava
(b) plano-convexa
(c) bicóncava
(d) biconvexa
LENTE CONVERGENTE.- Es más gruesa por el centro que por los bordes. Ej.: las lentes (b) y (d).
LENTE DIVERGENTE.- Es más delgada por el centro que por los bordes. Ej.: las lentes (a) y (c).
FORMACIÓN DE IMÁGENES POR UNA LENTE CONVERGENTE:
a) Si el objeto está a una distancia mayor que la distancia focal, la imagen será menor que el objeto e invertida. La imagen que decimos que es REAL
b) Si el objeto está a distancias menores que la distancia focal la imagen será mayor que el objeto y derecha. La lente actúa como una lupa.
FORMACIÓN DE IMÁGENES POR UNA LENTE DIVERGENTE.- La imagen formada por una lente divergente es siempre virtual derecha y menor que el objeto.
