óptica geométrica

Unidad 10
La luz y las ondas
electromagnéticas
J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
Óptica geométrica
chenalc@gmail.com
La luz y las ondas electromagnéticas. Unidad 10
J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
Óptica geométrica
Conceptos
Los fenómenos relacionados con la reflexión y refracción de la luz pueden
justificarse prescindiendo de su carácter ondulatorio, interpretando que la
luz está constituida por rayos rectilíneos que proceden de una fuente
luminosa. La proximidad de los rayos luminosos de un mismo foco de luz
permite interpretar estos fenómenos geométricamente.
La óptica geométrica analiza los cambios de dirección que experimentan los
rayos luminosos durante los fenómenos de reflexión y refracción,
utilizando para ello representaciones geométricas.
Se utilizan los conceptos de rayo luminoso (luz) y de índice de refracción
(medio); las leyes de la reflexión y de la refracción junto con la no
interacción de los rayos luminosos son la clave para su estudio.
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Óptica geométrica
Conceptos
Un rayo luminoso es la línea imaginaria perpendicular a los frentes de
onda, que indica la dirección de propagación de la luz.
De las leyes de la reflexión y de la refracción se deduce la de la
reversibilidad o reciprocidad de los rayos luminosos: Si se invierte el
sentido del rayo refractado (reflejado), convirtiéndolo en incidente, el
nuevo rayo refractado (reflejado) está situado sobre la trayectoria del
incidente original, pero en sentido opuesto.
Un sistema óptico está formado por un conjunto de superficies que separan
distintos medios. Según el radio de curvatura de las superficies, los
sistemas pueden ser esféricos o planos. Si consta de una sola superficie el
sistema es sencillo y si está formado por varias superficies es compuesto.
Los sistemas ópticos compuestos por superficies esféricas se dice que son
centrados si los centros de los radios de curvatura están alineados.
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Óptica geométrica
Conceptos
Se denomina eje óptico del sistema a la recta que une los centros de las
superficies esféricas. Un dioptrio es una superficie que separa dos medios
de distintos índices de refracción. El sistema óptico más sencillo es el
dioptrio con una sola superficie. Si esta es plana (radio de curvatura
infinito), se tiene una lámina, para la que la marcha de los rayos se deduce
aplicando las leyes de refracción o reflexión.
Si el sistema óptico consta de dos susperficies planas y paralelas se
denomina lámina de caras planoparalelas. El rayo sufre dos refracciones al
atravesar la lámina y emerge en dirección paralela al rayo incidente pero
desplazado lateralmente. Si forman un ángulo el sistema se denomina
prisma óptico. El rayo sufre dos refracciones de forma que el rayo
emergente sufre una desviación angular, determinada por el ángulo que
forman las prolongaciones de los rayos incidente y emergente.
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Óptica geométrica
Conceptos
Si los rayos procedentes de un punto O, después de atravesar un sistema
óptico, convergen en un punto O’, este punto es la imagen real del punto
objeto.
Las imágenes reales son el resultado de la convergencia de los rayos a la
salida de un sistema óptico y se pueden recoger en una pantalla.
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Óptica geométrica
Conceptos
Si los rayos salen divergentes del sistema óptico, son sus prolongaciones,
en sentido contrario al sentido de propagación de la luz, las que se cortan
en un punto O’. Esta es la imagen virtual del punto O.
Las imágenes virtuales se forman por la prolongación de los rayos que
divergen a la salida de un sistema óptico, por eso no existen en realidad y
por tanto no se pueden recoger en una pantalla.
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Óptica geométrica
Se dice de un sistema óptico que es estigmático cuando todos los rayos que
salen de un punto objeto O pasan real o virtualmente por el punto imagen
O’, después de atravesar el sistema. Si no es así el sistema óptico es
astigmático.
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Óptica geométrica
Dioptrio plano y espejo plano
Un dioptrio plano es toda superficie que separa dos medios de distinto
índice de refracción. Permite explicar por qué los objetos sumergidos en
agua se encuentran a una profundidad aparentemente menor que su
profundidad real.
Un espejo es una superficie sobre la que se produce una reflexión especular.
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Óptica geométrica
Formación de imágenes en espejos esféricos
El objeto lo colocaremos sobre el eje óptico, a la izquierda del espejo, y de
los infinitos rayos que salen de él nos vamos a fijar en tres, que salen del
extremo que no se encuentra sobre el eje. Los rayos, que viajan de
izquierda a derecha, llegan al espejo y se reflejan según las leyes. Los rayos
reflejados se cortarán en un punto, si son convergentes, o bien se cortarán
sus prolongaciones, si son divergentes, dando lugar al punto imagen del
objeto.
Las características que presenta la imagen son, referidas al objeto:
Tamaño: mayor o menor.
Posición: derecha o invertida.
Naturaleza o tipo: real o virtual.
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Óptica geométrica
Espejos esféricos
Los espejos pueden ser:
❖
Cóncavos
❖
Convexos
Parámetros en un espejo esférico: centro del espejo o vértice, centro de
curvatura, radio de curvatura, foco, distancia focal.
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Óptica geométrica
Formación de imágenes en lentes delgadas
Los rayos llegan a la lente y se refractan siguiendo las leyes de la
refracción. Los rayos refractados se cortarán en un punto, si son
convergentes, o bien se cortarán sus prolongaciones, si son divergentes,
dando lugar a la imagen.
De la imagen obtenida se estudiarán sus características, del mismo modo
que en los espejos: tamaño, posición y naturaleza.
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Lentes delgadas
Las lentes pueden ser:
❖ Convergentes
❖ Divergentes
A diferencia de los espejos, aquí se pueden definir dos centros de curvatura
y dos focos
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Óptica geométrica
Aplicaciones de los espejos
Los faros de los coches son espejos cóncavos de geometría parabólica en los
que un punto de luz está situado en el foco de la parábola, siendo reflejados
los rayos luminosos paralelamente al eje principal.
En las antenas parabólicas, las señales de radio de los satélites, que se
pueden considerar rayos paralelos, al reflejarse se concentran en el foco. De
igual forma actúan los telescopios reflectores que concentran la luz que
proviene de un punto del universo.
Los espejos convexos producen imágenes más pequeñas que el objeto y se
utilizan en los retrovisores de los coches, a la salida de los garajes y en los
cruces de las calles con poca visibilidad porque amplían el campo de
visión.
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Óptica geométrica
Instrumentos ópticos
Son asociaciones de sistemas ópticos. Los principales son:
❖
Ojo humano
❖
Cámara fotográfica
❖
Lupa
❖
Microscopio
❖
Anteojo astronómico
❖
Anteojo terrestre
❖
Telescopio
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