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.

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.

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:

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

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 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 ]

´

Los dos ángulos son iguales, siempre medidos desde la normal.