La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz y los fenómenos que produce. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia
Óptica Geométrica
Es conocida también como óptica de rayos. Estudia los fenómenos de la naturaleza corpuscular que se origina cuando a luz se considera como rayos que se encuentran con obstáculos como espejos, lentes o prismas y formación de arcoíris al interactuar con la lluvia.
La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando los objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda usada.
La luz
Es un tipo de energía mediante la cual se hacen visible los objetos que nos rodean. Se transmite mediante ondas transversales, es la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. SOBRE LA LUZ
· TEORIA CORPUSCULAR: también es llamada de emisión. Fue desarrollada en el siglo XVIII por Isaac Newton. Supone que la luz está formada por partículas materiales, que llamó corpúsculos que son lanzados gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. Permite explicar fenómenos como: La propagación rectilínea de la luz en el medio, ya que los focos luminosos emitirían minúsculas partículas que se propagan en todas direcciones y que al chocar con nuestros ojos, producen la sensación luminosa.
· TEORIA ELECTROMAGNETICA: Maxwell demostró matemáticamente la existencia de campos eléctricos y magnéticos, los cuales vibran uno con respecto al otro de manera perpendicular conforme se propaga la onda luminosa transversal, por lo que la luz no tendría que depender de un medio material para viajar.
Comportamiento Dual de la Luz
Se comporta como onda electromagnética al momento de propagarse y de forma corpuscular al interactuar sobre la materia.
Propiedades de la Luz
§ Se propaga en el vacío, así que no requiere ningún medio para transferirse.
Lo anterior explica, por ejemplo, porque la luz del sol llega a la tierra.
§ Se propaga en línea recta, a través del mismo medio y en todas las direcciones a partir del cuerpo luminoso que las origina.
§ Se propaga a través de ondas transversales.
§ Su velocidad en el vacío es de 300000 km/seg
Fuentes de producción de Luz
El sol es una fuente natural, mientras que los demás son artificiales, a ambos se les denomina cuerpos luminosos los demás cuerpos que son los que reciben la luz, como un árbol, piedra, luna, pelota, etc. Se les llama cuerpos iluminados.
Fotometría
Es la parte de la óptica que determina la intensidad de una fuente luminosa y la iluminación de las superficies.
La intensidad (I) es la cantidad de luz producida o emitida por una fuente luminosa. Se unidad de medida es candela (cd) y a lo que incide por unidad de superficie se le llama iluminación (E), cuya cantidad es Lux (lx), 1 lx = 1cd/ m2
Ley de iluminación
Se cumple que siempre que a mayor lejanía de la fuente luminosa, menor será la iluminación, porque conforme la distancia crece la cantidad de luz emitida se tiene que repartir en una superficie cada vez mayor.
Espejo
Se le denomina espejo a cualquier superficie que refleje los rayos de luz; por ejemplo: espejos de cristal, espejos formados por aguas en reposo y espejos formados en una lámina de metal. Los espejos se clasifican en dos tipos: planos y esféricos.
Refracción de la luz
La refracción de la luz es un fenómeno óptico que consiste en la desviación que sufre un rayo luminoso a pasar de un medio a otro con diferente densidad, y tiene como consecuencia un cambio de velocidad, la cual se recupera al regresar nuevamente al medio original.
Por la refracción, una moneda en el fondo de un recipiente de la impresión de estar más elevada, debido a que los rayos redactados constituyen un haz divergente, así que llegan al ojo como si hubiese sido emitidos desde el punto de la imagen virtual (superior).
Primera Ley de la refracción
La primera ley de la refracción establece que el rayo incidente, el rayo refractado, así como la normal, se encuentran en un mismo plano (forman un sistema coplanar). Cuando el ángulo de refracción es menor que el de incidencia, el rayo refractado se acerca a la normal, debido a que pasa a un medio de mayor densidad, como sucede cuando el aire incide en vidrio.
Segunda ley de la Refracción
La segunda ley de la refracción, conocida como ley de Snell, establece que para cada par de sustancias transparentes, la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el ángulo de refracción es constante. A este número su valor siempre será mayor a la unidad y es dimensional, es decir, no tiene unidades.
Ir = Velocidad de la luz en el vacío/Velocidad de la luz en el medio
En general, se considera que la velocidad de la luz en el vacio es prácticamente igual a la que se presenta en el aire.
Sustancia | Índice de refracción |
Agua | 1.33 |
Vidrio | 1.5 |
Sustancia | Velocidad de la luz (km/s) |
Vacio | 300 000 |
Agua | 225 000 |
El índice de refracción se utiliza para conocer el grado de desviación que experimentan los rayos de la luz al pasar a través de lentes de anteojos, binoculares y cámaras que forman la imagen en la posición y el lugar correctos.
Ir = SenѲi/SenѲr = V1/V2
Ir | Índice de refracción | A dimensional (sin unidades) |
Ѳi | Angulo de incidencia | Grados (°) |
Ѳr | Angulo de refracción | Grados (°) |
V1 | Velocidad del medio 1 | m/s |
V2 | Velocidad del medio 2 | m/s |
Reflexión de la luz
La reflexión de la luz es el fenómeno óptico en el cual los rayos luminosos son desviados por una superficie; si es pulida como un espejo serán reflejados con el mismo ángulo con que inciden, pero si es rugosa, serán reflejados en todas direcciones, como sucede con la luz que llega a la superficie de la Luna.
El espejismo es un fenómeno de la luz consecuencia de la reflexión. Es una ilusión óptica producida por la reflexión total de la luz en la atmósfera.
Primera Ley de la Reflexión de la Luz
La primera ley de la reflexión de la luz establece que el rayo incidente, la normal (línea imaginaria perpendicular a la superficie del espejo) y el rayo reflejado se encuentran sobre el mismo plano (sistema coplanar).
Segunda Ley de la Reflexión de la Luz
La segunda ley de la reflexión de la luz establece que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia. De las dos anteriores leyes se desprende que si el rayo luminoso incide perpendicularmente a la superficie reflectora, se reflejará sobre sí mismo.
Aplicaciones de espejos esféricos cóncavos
Como los espejos esféricos cóncavos concentran los rayos luminosos se utilizan linternas de mano, en reflectores, faros de automóvil, dentistas que los introducen en la boca de sus pacientes. También en los telescopios reflectores para reflejar los rayos luminosos y concentrarlos en un punto y, con la ayuda de un espejo secundario desviarlos para que la imagen real se forme fuera. Con estos últimos instrumentos ha sido posible descubrir estrellas, galaxias y nebulosas muy distantes.
Aumento de la imagen
El tamaño de la imagen de un objeto puede ser mayor o menor, ello dependerá de la posición donde sea colocado. A la relación del tamaño de la imagen y el tamaño del objeto se le denomina aumento o ampliación.
A= Tamaño de la imagen/Tamaño del Objeto
Reflexión Refracción
