LUZ Y ÓPTICA

Propagación de la luz

La luz se propaga en línea recta en un medio homogéneo. La hipótesis de la propagación de la luz explica varios fenómenos entre los que se puede resaltar:

• Cuando un rayo de luz penetra en una habitación que está llena de humo, puede observarse que el rayo de luz tiene borde definido, que es una línea recta.

• Cuando se coloca una fuente luminosa en el centro de una habitación, se observa que la luz es capaz de iluminar a todos los objetos opacos. Las sombras proyectadas por estos objetos, se deben a que la luz se propaga en línea recta y los espacios detrás de los objetos opacos son inaccesibles a ella.

• Eclipses de sol y de luna: ocurre cuando la Luna se mueve a lo largo de una órbita prácticamente circular alrededor de la Tierra, de tal manera que en ciertas ocasiones se interpone entre ésta y el sol.

• La cámara oscura es una cavidad completamente cerrada en una de cuyas caras se ha practicado un orificio circular muy pequeño. Si se coloca cualquier objeto luminoso (una vela) frente a dicho orificio, capaz de enviar rayos en todas direcciones, se ha de notar que gran parte de esos rayos quedan detenidos en la pared de la caja. El resto de ellos logra penetrar por el orificio, formándose en la pared interior una imagen de la vela. Esta imagen resultante es invertida y su nitidez depende de la magnitud del orificio, y su tamaño de la profundidad de la caja.

Velocidad de la luz

Diferentes investigadores desde la época de Galileo, han medido la velocidad de la luz. El astrónomo danés Olaf Römer, en 1676, logró medir la velocidad de la luz, posteriormente Fizeau en 1848. más adelante, fueron elaborados otros métodos de laboratorio más exactos para medir la velocidad de la luz. En particular el físico americano Michelson perfeccionó el método Fizeau.

De estas investigaciones realizadas obtuvo que, en el vació se propaga a 299774 Km/s, aproximado a 300.000 Km/s, siendo el movimiento de la luz en el vacío un movimiento rectilíneo y uniforme.

Reflexión de la luz

La reflexión es el fenómeno que ocurre cuando un haz de rayos de luz incide sobre una superficie bien pulida devolviéndose los rayos al medio de donde proceden. Puede ser difusa y especular

• Difusa: es el fenómeno que ocurre cuando un rayo de luz incide sobre una superficie rugosa y después del choque los rayos no continúan siendo paralelos.

• Regular o especular: es la que tiene lugar en los espejos, en donde un haz de rayos paralelos después de ser reflejados continúan siendo paralelos.

Elementos de la reflexión

• Rayo incidente: es el rayo que llega a la superficie.

• Rayo reflejado: es el rayo que sale del punto de incidencia.

• La normal: es la perpendicular al plano en el punto de incidencia del rayo

• Ángulo de incidencia: es el ángulo formado entre el rayo incidente y la normal.

• Ángulo de reflexión: es el ángulo que forma el rayo reflejado con la normal.

Leyes de la reflexión

Espejos planos

Un espejo plano es toda superficie pulimentada destinada a dar imágenes por reflexión.

Imágenes dadas por espejos planos

La imagen virtual de un punto, es el punto donde convergen las prolongaciones de todos los rayos reflejados correspondientes a rayos que han salido del objeto. Las características de una imagen dada por un espejo plano son:

• Es del mismo tamaño del objeto.

• Es simétrica respecto al objeto, está a la misma distancia detrás del espejo que el objeto delante del espejo.

• Es virtual.

Espejos esféricos

Son aquellos donde la superficie reflectora es un casquete esférico, es decir su superficie es parte de una esfera. Pueden ser cóncavos y convexos.

• Cóncavos: son aquellos que presentan concavidad hacia el espacio de donde proviene la luz incidente.

• Convexos: que presentan una convexidad hacia el espacio de donde proviene la luz incidente.

Elementos de un espejo esférico

• Centro óptico o de curvatura: es el centro de la superficie esférica a la cual pertenece el espejo.

• Vértice: es la parte central del espejo o polo de la superficie esférica.

• Eje óptico: es cualquier recta que pasa a través del centro óptico y atraviesa el espejo.

• Eje principal: es toda recta indefinida que pasa a través del centro de curvatura y atraviesa el espejo. El eje principal es un eje óptico y el espejo puede tener un sólo eje principal y muchos ejes ópticos.

• Radio de curvatura: es el radio de la superficie esférica a la cual pertenece el espejo.

• Foco principal: es el punto sobre el eje principal donde convergen todos los rayos reflejados que provienen de los rayos incidentes.

• Distancia focal: es la distancia medida desde el foco principal al vértice del espejo.

Imágenes dadas por espejos cóncavos

Estas imágenes pueden ser reales y virtuales ya que los puntos u objetos luminosos pueden ocupar varias posiciones con respecto al espejo.

• Es real porque se forma en la intersección de los rayos reflejados.

• Es invertida.

• De menor tamaño que el objeto.

Imágenes dadas por espejos convexos

En este caso, cualquiera que sea la posición del objeto, siempre se obtendrán imágenes virtuales derechas y reducidas con respecto al objeto.

Refracción

Es el fenómeno ocurrido cuando un rayo de luz al atravesar la superficie de dos medios cambia de dirección.

Elementos de la refracción

Leyes de la refracción de la luz

• Primera Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están situados sobre el mismo plano.

• Segunda Ley: El cociente entre el valor del seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante (Ley de Snell).

Prismas

Un prisma es un medio transparente limitado por dos caras planas que se cortan en una arista formando un ángulo diedro. Éstos desvían la luz hacia su base.

Lentes

Es todo medio transparente limitado por dos caras de las cuales al menos una es curva. Se dividen en divergentes y convergentes:

• Convergentes: producen imágenes en varios casos:

• Caso 1: cuando el objeto está colocado entre el infinito y la doble distancia focal, en este caso la es imagen real, invertida de menor tamaño.

• Caso 2: el objeto está situado en el doble de la distancia focal, en este caso la imagen es real, invertida y de mayor tamaño q el objeto.

• Caso 3: cuando el objeto está situado entre el foco y el doble de la distancia focal, en este caso la imagen es real, invertida y de mayor tamaño que el objeto.

• Caso 4: cuando el objeto está situado en el foco, en este caso no se produce imagen.

• Caso 5: cuando el objeto está entre el foco y el lente, en este caso la imagen es virtual, derecha y de mayor tamaño.

• Divergentes: producen imágenes derechas, virtuales y de menor tamaño que el objeto.

Dispersión de la luz

Es la descomposición de la luz en sus colores componentes.

Prismas de reflexión total

Son prismas isósceles rectangulares, hechos de un material transparente, cuyo ángulo de reflexión total sea menor a 45 °. El prisma de reflexión total se utiliza para cambiar la dirección de los rayos en 90 °.

Aplicación de lentes y primas en algunos instrumentos

Lupa

Es un instrumento óptico conformado por una lente convergente biconvexa de pequeña distancia focal que se utiliza para observar pequeños detalles en los objetos. Produce una imagen virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto.

Microscopio compuesto

Es un instrumento óptico que consta de dos lentes convergentes, que nos permite ver imágenes aumentadas de objetos sumamente pequeños. Las lentes que lo conforman tiene el nombre de objetivo y ocular.

Periscopio

Es una cámara lúcida instalada en la parte superior de un tubo metálico que sobresale del casco de los submarinos y sobresale de la superficie y sirve para ver los objetos exteriores. Consta de dos prismas de reflexión total y un juego de lentes.

Anteojo terrestre

Produce una imagen invertida con respecto al objeto. Se utiliza para observar astros esféricos. Puede estar constituido de dos lentes idénticas, o por una lente divergente, o por dos prismas.

Anteojo astronómico

Es un instrumento óptico de acercamiento destinado a observar objetos lejanos y fuera de la tierra, consta de dos lentes convergentes que tiene la función de ocular y objetivo.

Anteojo prismático

Endereza la imagen dada por el ocular mediante dos prismas rectangulares de reflexión total, ubicados con sus bases cruzadas. Los rayos que salen de la primera imagen sufren cuatro reflexiones totales por lo cual queda invertida, es decir, derecha con respecto al objeto.

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se plantea como objetivo dar a conocer los fenómenos relacionados con la luz. Se desarrollarán los siguientes aspectos vinculados con el tema:

• Propagación de la luz.

• Velocidad de la luz.

• Reflexión, refracción y dispersión de la luz.

• Reflexión de la luz.

• Espejos planos y esféricos y como se ven las imágenes en éstos.

• Refracción de la luz en prismas y lentes.

• Imágenes en lentes convergentes y divergentes.

• Aplicaciones de los espejos prismas y lentes en algunos instrumentos ópticos.

A continuación, se describirán los puntos antes mencionados sobre Luz y Óptica.

CONCLUSIONES

Se puede afirmar que se cumplió el objetivo de la investigación, es decir, describir los diferentes fenómenos que causa la luz y observar sus propiedades. La luz es base de la vida, ya que la luz es la energía que más aprovechamos tanto para nuestras funciones de vida como para otras actividades. Las plantas necesitan de luz para realizar la fotosíntesis y el ojo humano requiere de luz para poder transmitir imágenes.

La reflexión y la refracción de la luz permiten la elaboración de instrumentos ópticos que cambian nuestras perspectivas de las imágenes y de esta manera se facilitan los estudios y las observaciones. Es importante estudiar estos fenómenos ya que podemos beneficiarnos de éstas para nuestros propósitos.