LA LUZ Y ÓPTICA GEOMÉTRICA
La Luz
Es una radiación que se propaga en forma de ondas
Es la radiación visible del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos.
Es una radiación que se propaga en forma de ondas
Es la radiación visible del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos.
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; ello
permite despreciar los efectos derivados de la difracción, comportamiento
ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz.
Parte de las leyes fenomenológicas de Snell de la reflexión y la
refracción.
LA PROPAGACIÓN DE LA LUZ
La luz emitida por las fuentes luminosas es capaz de viajar a través
de materia o en ausencia de ella, aunque no todos los medios permiten que la
luz se propague a su través.
- La propiedad de que la luz sigue en su interior una sola dirección.
- La luz se propaga en línea recta.
- Cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro (se refracta).
- Cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro (se refracta).
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
Se
denomina índice de refracción al cociente de la velocidad de la luz en el vacío
y la velocidad de la luz en el medio cuyo índice se calcula. Se simboliza con
la letra ñ y se trata de un valor
adimensional.
Valor
numérico que expresa la relación entre los senos de los ángulos de incidencia y
refracción.
Donde:
C: La
velocidad de la luz en el vacío
V: Velocidad
de la luz en el medio cuyo índice se calcula (agua, vidrio, etc.).
La letra "n" representa el índice de
refracción del medio.
LA REFLEXIÓN DE LA LUZ
Es un fenómeno en virtud del cual la luz al incidir sobre la
superficie de los cuerpos cambia de dirección, invirtiéndose el sentido de su
propagación.
Es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al
pasar de un medio a otro en el que se propagan con distinta velocidad. Por
ejemplo, al pasar del aire al agua, la luz se desvía, es decir, se refracta.
Las leyes fundamentales de la refracción son:
·
El rayo refractado, el incidente y la normal se
encuentran en un mismo plano.
·
El rayo refractado se acerca a la normal cuando pasa
de un medio en el que se propaga a mayor velocidad a otro en el que se propaga
a menor velocidad. Por el contrario, se aleja de la normal al pasar a un medio
en el que se propaga a mayor velocidad. El ángulo de incidencia es igual al
ángulo de reflexión (e = e').
Se representa por medio de dos rayos:
·
Rayo incidente: Llega a una
superficie.
·
Rayo reflejado: El que sale
"rebotado" después de reflejarse.
LA REFRACCIÓN DE LA LUZ
Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección
de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de
separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Las lentes, las
máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los
instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico.
LAS LEYES DE LA REFRACCIÓN
·
1. ª Ley. El
rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.
·
2. ª Ley. (ley de Snell) Los senos de los ángulos de
incidencia e1 y de refracción e2 son directamente proporcionales a las
velocidades de propagación v1 y v2 de la luz en los respectivos medios.
OBJETOS E IMÁGENES
La determinación de las relaciones existentes entre un objeto y su imagen
correspondiente, obtenida a través de cualquiera de estos elementos o sistemas
ópticos, es uno de los propósitos de la óptica geométrica.
Su análisis riguroso se efectúa, en forma matemática, manejando
convenientemente el carácter rectilíneo de la propagación luminosa junto con
las leyes de la reflexión y de la refracción. Pero también es posible efectuar
un estudio gráfico de carácter práctico utilizando diagramas de rayos, los
cuales representan la marcha de los rayos luminosos a través del espacio que
separa el objeto de la imagen.
ESPEJOS
·
Formación de
imágenes en espejos planos: La imagen P' de un punto objeto P respecto de un
espejo plano S' estará situada al otro lado de la superficie reflectora a igual
distancia de ella que el punto objeto P. Además la línea que une el punto
objeto P con su imagen P' es perpendicular al espejo. Es decir, P y P' son
simétricos respecto de S; si se repite este procedimiento de construcción para
cualquier objeto punto por punto, se tiene la imagen simétrica del objeto
respecto del plano del espejo.
·
Formación de
imágenes en espejos esféricos o cóncavos: Tienen la forma de la
superficie que resulta cuando una esfera es cortada por un plano. Cuando un
rayo incidente pasa por el centro de curvatura, el rayo reflejado recorre el
mismo camino, pero en sentido inverso debido a que la incidencia es normal o
perpendicular.
o El objeto está situado respecto
del eje más allá del centro de curvatura C. En tal caso la imagen formada es
real, invertida y de menor tamaño que el objeto.
o b. El objeto está situado entre
el centro de curvatura C y el foco F. La imagen resulta entonces real,
invertida y de mayor tamaño que el objeto.
o c. El objeto está situado entre
el foco F y el vértice V. El resultado es una imagen virtual, directa y de
mayor tamaño que el objeto.
·
Formación de
imágenes en espejos convexos: Sucede que cualquiera que fuere la distancia
del objeto al vértice del espejo la imagen es virtual, directa y de mayor
tamaño. Dicho resultado puede comprobarse efectuando la construcción de
imágenes mediante diagramas de rayos de acuerdo con los criterios anteriormente
expuestos.
LÁMINAS
Cuando la luz atraviesa una lámina de material transparente el rayo
principal sufre dos refracciones, pues encuentra en su camino dos superficies
de separación diferentes. El estudio de la marcha de los rayos cuando la lámina
es de caras planas y paralelas, resulta especialmente sencillo y permite
familiarizarse de forma práctica con el fenómeno de la refracción luminosa.
LA LUZ COMO ONDA
ELECTROMAGNÉTICA
El físico escocés James Clark Maxwell en 1865 situó en la cúspide las
primitivas ideas de Huygens, aclarando en qué consistían las ondas luminosas.
Al desarrollar su teoría electromagnética demostró matemáticamente la existencia
de campos electromagnéticos que, a modo de ondas, podían propasarse tanto por
el espacio vacío como por el interior de algunas sustancias materiales.
Maxwell identificó las ondas luminosas con sus teóricas ondas
electromagnéticas, prediciendo que éstas deberían comportarse de forma
semejante a como lo hacían aquéllas. La comprobación experimental de tales
predicciones vino en 1888 de la mano del fisico alemán Henrich Hertz, al lograr
situar en el espacio campos electromagnéticos viajeros, que fueron los
predecesores inmediatos de las actuales ondas de radio. De esta manera se abría
la era de las telecomunicaciones y se hacía buena la teoría de Maxwell de los
campos electromagnéticos.
La diferencia entre las ondas de radio (no visibles) y las luminosas
tan sólo radicaba en su longitud de onda, desplazándose ambas a la velocidad de
la luz, es decir, a 300 000 km/s. Posteriormente una gran variedad de ondas
electromagnéticas de diferentes longitudes de onda fueron descubiertas,
producidas y manejadas, con lo que la naturaleza ondulatorio de la luz quedaba
perfectamente encuadrada en un marco más general y parecía definitiva. Sin
embargo, algunos hechos experimentales nuevos mostrarían, más adelante, la
insuficiencia del modelo ondulatorio para describir plenamente el
comportamiento de la luz.
