OPTICA
La óptica es la parte de la física que estudia el comportamiento y los fenómenos relacionados con la luz.
LA LUZ.
LA NATURALEZA DE LA LUZ.
Durante la segunda mitad del siglo XVII, el estudio de la
naturaleza de la luz cobró gran importancia entre los científicos de la época.
En este contexto, Isaac Newton consideró que la luz estaba compuesta por
pequeñas partículas denominadas corpúsculos; los corpúsculos se mueven en línea
recta y a gran velocidad. Bajo este postulado, Newton construyó la teoría
corpuscular, con la cual logró explicar los fenómenos de la reflexión y de la
refracción de la luz, aunque para este último supuso que la velocidad de la luz
aumenta al pasar de un medio menos denso a uno más denso. Como en aquella época
no era posible medir la velocidad de la luz, sólo hasta 1850 el físico Jean
Bernard Foucalt demostró, vía experimental, la falsedad de este hecho.
TEORÍA ONDULATORIA
Paralelamente a la teoría corpuscular de Newton, en 1678, surgió la teoría ondulatoria de la propagación de la luz, divulgada por Christian Huygens y Robert Hooke. En ella se consideraba la existencia de un material denominado éter, que cubría todo el universo y por el cual se propagaba la luz. De esta manera, Huygens explicó con bastante sencillez las leyes de la reflexión y de la refracción de luz, así como la doble refracción que exhiben algunos minerales y la lentitud con la que se propaga la luz en los medios más densos, contrario a lo expuesto por Newton. Aunque la teoría ondulatoria de Huygens explicaba algunos fenómenos observados por Newton
TEORÍA ELECTROMÁGNETICA.
a la predicción de la existencia de las ondas electromagnéticas realizada por James Clerk Maxwell (1831-1879), el cual sugirió que la luz representaba una pequeña porción del espectro de ondas electromagnéticas, aquella cuyo intervalo de longitudes de onda era capaz de impresionar el ojo humano.
TEORÍA CUANTICA
Por otro lado, Albert Einstein (1879-1955) proponía la teoría de los cuantos de luz (actualmente denominados fotones), en la que explicaba que los sistemas físicos podían tener tanto propiedades ondulatorias como corpusculares. Este concepto lo utilizó para explicar el efecto fotoeléctrico descrito por Hertz. De esta manera, se cierra el círculo de la naturaleza de la luz que se podría resumir en la siguiente conclusión fundamental:
DEFINICION
La luz se comporta como una onda electromagnética
en todo lo referente a su propagación,
sin embargo se comporta como un haz de partículas (fotones) cuando interacciona con la materia.
VELOCIDAD DE LA LUZ
En
la actualidad se acepta que la velocidad de la luz en el vacío es una constante
fundamental que tiene un valor:
C
= 299.792.458
m/s
El
valor c = 3,0 x 108 m/s es suficientemente exacto para
la mayor parte de las aplicaciones.
REFLEXION DE LA LUZ.
Para
describir de forma geométrica la reflexión de la luz, es conveniente definir
una serie de elementos que se pueden apreciar en la figura 1 (recuerda que nos
referiremos a los rayos de luz y no a los frentes de onda).
El
rayo incidente es el rayo que llega o incide en
la frontera de los medios.
El
rayo reflejado es el rayo que se devuelve por
el mismo medio, una vez llega a la frontera.
La
normal, N, es la recta perpendicular a la línea que divide los dos
medios, es decir, la superficie del segundo medio.
Ángulo
de incidencia, i, es el ángulo que forma el rayo incidente con la normal.
Ángulo reflejado, r, es el ángulo que forma el rayo reflejado con la normal.
Reflexión especular. Es cuando un haz de luz se refleja en una
superficie perfectamente pulida, de manera que todos los rayos llegan a ella
con el mismo ángulo de incidencia y, por tanto, se reflejan paralelos unos a
otros.
Ley de la reflexión.
Ángulo de
incidencia = Ángulo reflexión
i =
r
ESPEJO PLANO.
Toda superficie lisa y plana que refleje la luz especularmente, es decir, que refleje en una sola dirección un haz de rayos paralelos se denomina espejo plano.
Las características de esta imagen son:
·
Para un observador la luz parece
provenir de una imagen ubicada detrás del espejo.
·
La distancia d0 del objeto al espejo es igual a la
distancia di de la imagen al espejo.
·
Tiene una inversión lateral con
respecto al objeto.
·
Siempre es derecha, es decir nunca
aparece invertida.
·
El tamaño de la imagen hi es
el mismo tamaño del objeto h0.
Do = distancia del objeto al espejo
Di = distancia de la imagen al espejo
Ho = tamaño del objeto
Hi = tamaño de la imagen
Campo del espejo.
Conjunto de puntos del espacio por los cuales pueden pasar los rayos luminosos
que inciden en el espejo
Imagen real.
Imagen que se obtiene en el campo del espejo
Imagen virtual.
Imagen que se obtiene en puntos diferentes al campo del espejo(se forma con las
prolongaciones de los rayos reflejados)
ESPEJOS ESFERICOS
Al sacar de una esfera un casquete esférico se obtiene un
espejo esférico
El espejo es cóncavo si la superficie refractora es la
interior y el espejo es convexo si la superficie refractora es la exterior.
1. Campo del espejo.
Conjunto de puntos
del espacio por los cuales pueden pasar los rayos luminosos que inciden
en la superficie reflectora
2. Centro de
curvatura
Punto del espacio equidistante de todos los puntos del
espejo
3. Radio de curvatura.
Distancia del centro de curvatura al espejo
4. vértice del
espejo.
Punto medio del espejo
5. Eje principal
Recta que pasa por el centro de curvatura y el vértice del
espejo
6. Plano focal
Plano perpendicular al eje principal situado a una distancia
r/2 del espejo
7. Foco.
Punto de intersección del plano focal y el eje principal
8. Distancia focal.
Distancia que hay desde el foco hasta el vértice del espejo
REFLEXIÓN DE ESPEJOS ESFERICOS
Las leyes de la reflexión: el ángulo de incidencia mide lo mismo que el ángulo de reflexión y el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano son válidas para cualquier tipo de superficies, por tanto se cumple en los espejos esféricos.
RAYOS NOTABLES EN UN ESPEJO CONCAVO.
1. Todo rayo que incide pasando por el centro de curvatura
se refleja en la misma dirección
3. Todo rayo que incide paralelo al eje principal se refleja
pasando por el foco.
4. Si dos rayos inciden paralelos, sus rayos reflejados se
interceptan en el plano focal.
RAYOS NOTABLES EN UN ESPEJO CONVEXO
2. Todo rayo que incide en la dirección del foco se refleja
paralelo al eje principal
3. Todo rayo que incide paralelo al eje principal se refleja
de tal forma que su prolongación pasa por el foco
IMÁGENES EN ESPEJOS ESFERICOS
1. ESPEJOS CONCAVOS
a. Objeto entre el
infinito y el centro de curvatura (do ˃ r)
Se traza un rayo luminoso r1 que incide paralelo
al eje principal. Este rayo se refleja pasando por el foco
Se traza un rayo r2 que incide pasando por el
foco y se refleja pasando por el eje principal
En el punto de intersección de los rayos reflejados se forma
la imagen. Esta imagen es real, menor e
invertida
b. Objeto en el centro de curvatura (do = r)
Esta imagen es real de igual tamaño e invertida.
c. Objeto entre el centro de curvatura y el foco (f < do
< r )
Esta imagen es real de mayor tamaño e invertida
d. Objeto en el foco (do = f)
Cuando el objeto se coloca en el foco no se obtiene imagen
e. Objeto entre el foco y el espejo (do < f)
La imagen que se obtiene es virtual, derecha y mayor
2. IMAGEN DE UN OBJETO FRENTE A UN ESPEJO CONVEXO
Un espejo convexo siempre da una imagen virtual, derecha y
menor tamaño.
FORMULAS DE LOS ESPEJOS ESFERICOS
Formula de descartes
EJERCICIOS
Ejemplo
1. Un objeto se coloca a 25 cm de un espejo cóncavo de 20 cm de distancia
focal. Calcular gráfica y analíticamente la posición de la imagen
Solución.
Primero
lee el problema, una y hasta dos veces para poder interpretar la situación.
Luego escribe los datos o información, la incógnita y la fórmula que te brinda el problema
Datos
Incógnita
fórmula
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