Módulo V.- Óptica

+Este tema es, según me comentáis, el que encontráis más interesante del temario. Imagino porque le veis una aplicación más inmediata. Así que, a por él.

 

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE LA LUZ:

REFRACCIÓN

La refracción se produce cuando un rayo de luz incide sobre la superficie que separa dos medios con distintos índices de refracción y el rayo se propaga por el segundo medio. Al cambiar de medio, se produce un cambio en la dirección del primer rayo.

Leyes de refracción:

– El rayo incidente, el refractado y la normal a la superficie están en el mismo plano

– La relación que existe entre el ángulo de incidencia y el refractado es, según enuncia la Ley de Snell: n₁ sen  = n₂ sen

Si n₁ n₂, el ángulo refractado se acerca a la normal.

Si     , el ángulo refractado se aleja de la normal.

– El índice de refracción es

 

REFLEXIÓN

Es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz incide sobre la superficie que separa dos medios, cambia de dirección y sigue propagándose por el mismo medio.

Leyes de reflexión:

– El rayo incidente, el reflejado y la normal, están en el mismo plano.

– El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales.

 

Tipos de reflexión:

– reflexión especular: es la que se produce cuando todos los rayos que inciden paralelamente, también se reflejan paralelamente. Esto pasa en superficies lisas y pulimentadas (espejos).

– reflexión difusa: Cuando la superficie de incidencia irregular y los rayos que inciden paralelos, no se reflejan paralelamente.

Aparece aquí el llamado ángulo límite, que es aquel ángulo de incidencia al cual corresponde un ángulo de refracción de 90⁰. A partir de ángulos mayores (medidos respecto a la normal) se produce la reflexión total, en el que los rayos no se refractan, solo se reflejan. Para ello n₁ debe ser mayor que n₂.

 

CONCEPTOS DE ÓPTICA GEOMÉTRICA

– Rayo luminoso: Es una línea que simula el avance de la luz desde el foco hasta el receptor. La trayectoria es rectilínea y cambia su dirección por los fenómenos de reflexión y refracción estudiados en el tema anterior. Es independiente de otros rayos, es decir, no altera su dirección al encontrarse con otros rayos.

– Medio homogéneo e isótropo: Un medio es homogéneo si la velocidad de la luz es igual en todos sus puntos e isótropo si la velocidad de la luz no depende de la dirección.

– Dioptrio: es la superficie de separación de dos medios que tienen diferente índice de refracción.

– Sistema óptico: Es el conjunto de medios por los que se propaga la luz.

– Objeto: Es la fuente de la que proceden los rayos luminosos.

– Imagen: Es la figura formada por el conjunto de puntos donde convergen los rayos luminosos que parten del objeto, después de actuar el sistema óptico.

Estas imágenes pueden ser:

– Según su naturaleza:

• Reales: Cuando los rayos que parten del objeto se unen en un punto. La imagen puede proyectarse en una pantalla.
• Virtuales: Cuando los rayos que parten del objeto no se unen en un punto, pero sí sus prolongaciones. La imagen no puede proyectarse en una pantalla.

– Según su posición:

• Derechas: Cuando la imagen tiene la misma orientación que el objeto.
• Invertidas: Cuando la imagen tiene orientación contraria al objeto.

– Según su posición:

• Mayores: Cuando el tamaño de la imagen es mayor que el del objeto.
• Menores: Cuando el tamaño de la imagen es menor que el del objeto.
• Iguales: Cuando el tamaño de la imagen es igual que el del objeto.

 

ESPEJOS PLANOS

Son superficies lisas, pulimentadas, capaces de reflejar la luz que llega hasta ellos.

Características de la imagen: es virtual (está detrás del espejo),  derecha y de igual tamaño que el objeto.

• y’ = y
• s’ = -s

ESPEJOS ESFÉRICOS: En este caso debemos conocer que pueden ser cóncavos y convexos. Podemos encontrarnos los siguientes casos

Elementos de un espejo esférico:

• Centro de curvatura
• Eje óptico: es el eje de simetría, el eje de coordenadas que vamos a usar
• Foco F: es el punto del eje óptico donde convergen los rayos que vienen del infinito y viceversa. En espejos cóncavos, es el punto donde, si colocamos un objeto, su imagen se forma en el infinito)
• Distancia focal f: es la posición donde se encuentra el foco.
  • Si f es negativo, el espejo es cóncavo
  • Si f es positivo, el espejo es convexo
• Radio de curvatura: Es la posición donde se encuentra el centro de la esfera
• F = R/2
• Ecuación de espejos esféricos:     ó 
• Aumento lateral:
  • Si A_L , la imagen es mayor que el objeto
  • Si A_L , la imagen es menor que el objeto

 

LENTES DELGADAS

Estas pueden ser convergentes, si son más gruesas en la parte central que en los bordes y que a su vez puede ser: biconvexas y plano-convexas y divergentes, si son más gruesas en los bordes que en la parte central, y pueden ser: bicóncavas y plano-cóncavas

Elementos de una lente delgada:

• Centro de la lente
• Eje óptico: es el eje de simetría, el eje de coordenadas que vamos a usar
• Foco objeto F: es el punto del eje óptico donde, si colocamos un objeto, su imagen se forma en el infinito
• Foco imagen F’: es el punto del eje óptico donde se focalizan los rayos provenientes del infinito
• Distancia focal f: es la posición donde se encuentra el foco objeto
  • Si f es negativo, la lente es convergente
  • Si f es positivo, la lente es divergente
• f= f’ en lentes delgadas
• Ecuación de las lentes delgadas:
• Aumento lateral:
  • Si A_L , la imagen es mayor que el objeto
  • Si A_L , la imagen es menor que el objeto
• Potencia de la lente: P = 1/f ’
• La potencia la medimos en dioptrías y será positiva en lentes convergentes y negativa, en divergentes

 

DEFECTOS VISUALES MÁS COMUNES:

• Miopía

Consiste en un exceso de potencia del conjunto de lentes del ojo que implica que las imágenes se formen antes de la retina.

Se corrige con lentes divergentes.

• Hipermetropía

Consiste en la falta de potencia del conjunto de lentes del ojo que implica que las imágenes se formen después de la retina. Esto hace que los objetos cercanos se vean borrosos y los lejanos con claridad.

Se corrige con lentes convergentes.

• Astigmatismo

Es un defecto de curvatura de la córnea.

Se corrige con lentes cilíndricas (diferentes radios de curvatura)

• Presbicia o vista cansada

Es un defecto adquirido por la edad, debido a la pérdida de flexibilidad del cristalino. Esto provoca que no pueda cambiar de forma lo suficiente para enfocar correctamente los objetos cercanos.