Las claves en ÓPTICA GEOMÉTRICA

 

ÓPTICA GEOMÉTRICA: CONCEPTOS PREVIOS

ÓPTICA GEOMÉTRICA: ESPEJOS

ÓPTICA GEOMÉTRICA: LENTES DELGADAS

ÓPTICA GEOMÉTRICA: LABORATORIO VIRTUAL

Óptica Física Geométrica

La óptica geométrica u óptica física es la parte de la física basada en las leyes de Snell y que explica la formación de imágenes en instrumentos ópticos, incluido el ojo humano.

Adjunto videos en los que se desarrolla el tema.

Lista de reproducción

OPTICA GEOMÉTRICA

¿Qué es la óptica geómetrica?

* Parte de la Física que estudia los cambios de dirección de la luz a partir de la representación geométrica. 

* Se basa en varios principios:

- La representación de la luz mediante el rayo luminoso.

- El principio de reversibilidad de la reflexión y la refracción de la luz.

- La luz se propaga en medios homogéneos e isótropos.

* Estudia la formación de imágenes por reflexión (espejos) y por refracción (lentes).

CONCEPTOS BÁSICOS:

Dioptrio: superficie transparente que separa dos medios. Pueden ser planos o esféricos.

Imagen real vs. virtual:
- La imagen real se forma por la interacción en un punto de los rayos convergentes que proceden del objeto tras atravesar el sistema óptico.
- La imagen virtual es la formada por las prolongaciones de los rayos divergentes.

En la representación geométrica se siguen distintas normas:
- La luz se propaga de izquierda a derecha.
- La notación "prima" se deja para la imagen virtual.
- Se usan mayúsculas para los puntos y minúsculas para las distancias.
- Se sigue el mismo criterio de signos que en las matemáticas.

ESPEJOS:

A) Espejos planos:


B) Espejos esféricos: Cóncavos y convexos.

Construcción de imágenes en espejos esféricos.

LENTES

A) Convergentes 

B) Divergentes 

 Aquí tenéis otro enlace para seguir la CONSTRUCCIÓN de imágenes


INSTRUMENTOS OPTICOS

REFRACCIÓN DE LA LUZ

 

 INDICE DE REFRACCIÓN 

... Es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío, c, y la velocidad de la luz en el medio, v.

Así, para el medio 1: n1 = c / v1  y para el medio 2:  n2 = c / v2

 

Paso de medio rápido a medio lento (ej: del aire al agua): En el caso que el medio 1 sea menos denso (menor índice de refracción, luego, mayor velocidad en él), al pasar la luz a un medio más denso,con mayor índice de refracción: la velocidad de la luz disminuye y el ángulo de refracción se cerca a la normal (ángulo del rayo refractado menor que incidente).

 Paso de medio lento a rápido (al revés): el ángulo del rayo refractado con la normal es mayor.

Al pasar de un medio a otro la frecuencia de la onda no cambía, sin embargo, la velocidad de propagación y la longitud de onda, sí.

EJEMPLO RESUELTO:

El índice de refracción del agua con respecto al aire es de 1,33 y el de un vidrio con respecto al aire es de 1,54. Calcule el índice de refracción del vidrio con respecto al agua y el ángulo crítico cuando la luz pasa del vidrio al agua.

Datos:

n_agua  = 1,33

n_vidrio = 1,54

n_aire  =  1

El vidrio  es un medio ópticamente más denso que el agua, n_vidrio >  n_agua.   Cuando la luz pasa de un medio ópticamente más denso a otro medio  el ángulo de refracción, θ₂,  será mayor que el de incidencia,θ₁ (fig.1a).  

     Por lo tanto, existe cierto ángulo de incidencia para el cual el ángulo refractado se hace igual a 90°, es decir, el rayo refractado se deslizara a lo largo de la superficie de separación de los medios sin entrar en el segundo medio (fig.1b).

  El ángulo incidente  para el cual el ángulo refractado es igual a 90° se denomina ángulo crítico (θ_c) o límite. Para todos los ángulos de incidencia θ₁ > θ_c no se produce rayo refractado: la luz se refleja por completo al primer medio. Este fenómeno recibe el nombre de reflexión total.

Para los ángulos   θ₁ < θ_c  la intensidad de la luz reflejada es menor que la de la luz incidente ya que una pare del rayo incidente se refracta y pasa al agua. Cuando el ángulo

de incidencia se aproxima al ángulo crítico el rayo refractado es casi rasante y de muy poca intensidad, mientras que el rayo reflejado aumenta su intensidad. Para los ángulos de incidencia que son mayores que el ángulo crítico (θ₁> θ_c), el rayo refractado desaparece  y tiene lugar la reflexión total, o sea, la luz se refleja totalmente (fig.1c).  

 El valor del ángulo crítico se determina, sustituyendo el ángulo refractado θ₂ por su valor de 90° en la fórmula de la ley de Snell.