LA NATURALEZA DE LA LUZ LEYES DE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA

LA NATURALEZA DE LA LUZ
LEYES DE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA
La luz es una forma de onda electromagnética de alta frecuencia. Exhibe reflexión, refracción y todas las otras
propiedades características de las ondas.
Cuantización: La energía de la onda luminosa está presente en paquetes de energía llamados fotones. Según
Planck, la energía de un fotón es proporcional a la frecuencia de la onda electromagnética.
MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DE LA LUZ
• Galileo.− Su método soso de un faro a otro.
• Método de Roemer.− Observaciones astronómicas. Fue el primero en establecer una V finita para la
luz. Consistía en la observación de Júpiter y el eclipse formado por una de sus lunas llamada Io y el
tiempo estimado en que sucedía observado desde la tierra.
• Técnica de Fizeau.− La idea es medir el tiempo en que un rayo de luz viaja, choca en un espejo y
regresa. Se usó con una rueda dentada (engrane) que se hacía girar a gran velocidad y el rayo de la luz
se hacía pasar entre sus dientes.
REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN
Cuando un rayo de la luz en un medio llega a otro medio, parte o la totalidad del rayo incidente se refleja en el
primer medio.
• Reflexión Especular: Reflexión sobre una superficie lisa.
• Reflexión Difusa: Sobre una superficie rugosa.
REFRACCIÓN
Parte del rayo es reflejado y parte entra al segundo medio (para medios transparentes). El rayo que entra a
mayor velocidad (dentro del medio) más se aleja de la normal (o viceversa).
DISPERSIÓN
Las distintas longitudes de onda se refractan a distintas formas. La luz, al pasar por un prisma, se descompone
en un espectro: el espectro son los colores del arcoiris, cada uno con un ángulo de desviación particular, por lo
que no se mezclan más.
PRINCIPIO DE HUYGENS
Establece que todos los puntos en un frente de onda pueden considerarse como fuentes puntuales para la
producción de ondas secundarias. En algún tiempo posterior, la nueva posición del frente de onda es la
superficie tangente a las ondas secundarias.
REFLEXIÓN INTERNA TOTAL
Cuando la luz intenta moverse de un medio que tiene una n determinado a otro con una n menor. Los rayos de
luz se aportan de la normal.
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ÁNGULO CRÍTICO: Ángulo en el que el rayo refrectado se mueve paralelo a la frontera
PRINCIPIO DE FERMAT
La luz, para viajar, usa las trayectorias más cortas, es por eso que los rayos de la luz son en casi su totalidad
líneas rectas.
FIBRAS ÓPTICAS
Se pierde muy poca intensidad luminosa. Su función es la de entubar la luz. La poca pérdida se debe a las
reflexiones en los extremos y la absorción producida por el material.
OPTICA GEOMÉTRICA
ESPEJOS PLANOS
Las imágenes se forman en el punto donde los rayos de la luz se intersectan en realidad o en el punto desde el
cual parece que se originan.
IMAGEN REAL: Los rayos convergen en el punto de la imagen.
IMAGEN VIRTUAL: Los rayos luminosos no convergen en el punto de la imagen y parecen emanar desde
ese punto.
Todas las imágenes formadas por el espejo plano son virtuales.
PROPIEDADES DE LAS IMÁGENES
• La imagen parece estar a la misma distancia desde donde se encuentra
• No hay aumento y está de pie.
ESPEJOS ESFÉRICOS
• ESPEJOS CÓNCAVOS
• ESPEJOS CONVEXOS (ESPEJO DIVERGENTE)
Ejemplo de Espejo Cóncavo:
• Encontrar la ubicación de la imagen para d = 25 cm y 10 cm., y f = 10 cm.
1/p + 1/q = 1/f ........ 1/25 + 1/q = 1/10 .
El aumento (M) es igual a: M = −q/p ..........
El signo negativo indica que está de cabeza. El 0.668 indica que la imagen es más pequeña.
LENTES DELAGADOS
La idea esencial es utilizar la imagen formada por una superficie como objeto para una segunda superficie.
ECUACIÓN DEL FABRICANTE DE LENTES
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COMBINACIÓN DE LENTES DELGADOS
La imagen creada por el primer lente es el objeto de la segunda.
ABERRACIONES DE LENTES
Causadas debido a que los rayos producidos por la fuente puntual se enfocan en varios puntos y no en uno
solo. Esto se debe a una mala configuración de los lentes. Se crean imágenes imperfectas. Aberraciones son
las desviaciones (imperfecciones) de las imágenes reales de una imagen ideal predicha.
• ABERRACIONES DE LENTES ESFÉRICAS.− Cuando la luz que atraviesa la lente a diferentes
distancias del eje óptico se enfoca en diferentes puntos. Las cámaras cuentan con aberturas variables
que regulan la intensidad luminosa. Las superficies parabólicas son mejores, reducen más las
aberraciones, pero son más caras. (Telescopios)
• ABERRACIONES CROMÁTICAS.− Cuando una lente enfoca en distintos puntos, entonces los
rayos de luz con distintas longitudes de onda se enfocan en distintos puntos.
LA CAMARA
Compuesta por una caja cerrada a la luz, una lente convergente (produce una imagen real) y una película
detrás de la lente.
ENFOQUE: Se logra ajustando la distancia entre el lente y la película.
OBTURADOR: Dispositivo que se abre y cierra a intervalos de tiempo a seleccionar, permitiendo fotografiar
en movimiento o con poca luz.
EL OJO
La luz captada por el sistema de la Córnea, sobre la parte posterior del ojo (Retina). El Iris cumple con la
función de regular la cantidad de luz que entra por la pupila. La mayor parte de la refracción ocurre en la
cornea. El músculo ciliar cumple con la función de adaptación (como se enfoca el objeto). El músculo se
relaja cuando el objeto está lejos.
ANORMALIDADES
• Hipermetropía.− Se ve bien de lejos, pero no se puede enfocar objetos cercanos. Se produce una
imagen por detrás de la retina. Se corrige con lentes convergentes.
• Miopía.− Se enfocan bien objetos cortos pero no se ve bien de lejos. Se produce una imagen enfrente
de la retina. Se corrige con lentes divergentes.
• Astigmatismo.− Cuando la córnea, el lente o las dos no son completamente esféricas. Una fuente de
luz produce una imagen lineal sobre la retina. Se corrige con lentes con diferentes curvaturas en dos
direcciones mutuamente perpendiculares.
EL AUMENTO SIMPLE
Se compone de una sola lente convergente. Forma imágenes virtuales. q es negativa.
EL MICROSCOPIO COMPUESTO
Por combinación de dos lentes. Nunca se podrá ver un átomo en un microscopio mientras se emplee luz para
iluminarlo. Esto se debe a que los átomos son más chicos a la longitud de onda de la luz. El microscopio tiene
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un lente objetivo y un lente ocular.
EL TELESCOPIO
• Telescopio refractor.− Utiliza una combinación de lentes para formar una imagen real e invertida
muy cercana al punto focal del ocular.
• Telescopio reflector.− Para observaciones a mayores distancias, por ejemplo, la observación de
estrellas, el uso de telescopios refractores se vuelve nulo, debido a que se necesita un gran diámetro
para los lentes para adquirir la mayor cantidad de luz posible. Además, serían extremadamente
pesados y se pandearían. Para hacer un telescopio muy potente sustituyendo el lente del objetivo con
un espejo cóncavo reflejante. Newton fue quién lo desarrolló. Como la luz nunca pasa directamente al
telescopio reflector, se elimina la aberración cromática.
• Los más grandes:
• El telescopio reflector se encuentra en el monte Pastukhov en el cáucaso, Rusia.
• El telescopio refractor está en la bahía Williams, Winsconsin, en el observatorio Yerkes.
BIBLIOGRAFÍA
♦ Serway, Raymon A., FÍSICA, Tomo II, Ed. MxGraw−Hill, Colombia, 1998.
p
q
radio
FORMAN IMÁGENES REALES
1/p +1/q = 1/f
Ecuación del espejo.
Ecuación del espejo.
1/p +1/q = −1/f
FORMAN IMÁGENES VIRTUALES
q
p
radio
La imagen está de pie y es más pequeña.
q= 16.67 cm.
M= −0.668
1/f = (n−1)[ 1/R1− 1/R2 ]
´
4
Los dos ángulos son iguales, siempre medidos desde la normal.
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