Fisica Optica

OPTICA

DEFINICION DE OPTICA

La óptica es la rama de la física que analiza las características y las propiedades de la luz, estudiando cómo se comporta y se manifiesta.

La reflexión (la modificación que se produce en el rumbo de un rayo en la superficie que separa a dos medios, lo que hace que vuelva al punto de partida), la refracción (la alteración de dirección cuando el rayo deja un medio y pasa a otro) y la difracción (la curva aparente y la separación de la luz cuando ésta se topa con alguna barrera) son algunos de los fenómenos estudiados por la óptica.

3.1 OPTICA GEOMETRICA

El estudio de las imágenes, producidas por refracción o por reflexión de la luz se llama óptica geométrica. La óptica geométrica se ocupa de las trayectorias de los rayos luminosos, despreciando los efectos de la luz como movimiento ondulatorio, como las interferencias. Estos efectos se pueden despreciar cuando el tamaño la longitud de onda es muy pequeña en comparación de los objetos que la luz encuentra a su paso.

La longitud de onda de la luz suele ser muy pequeña en comparación con el tamaño de obstáculos ó aberturas que se encuentra a su paso. Esto permite en general despreciar los efectos de interferencia y difracción asociados al carácter ondulatorio de la luz. Sobre esta hipótesis se asume una propagación rectilínea de los rayos de luz dando lugar a la disciplina conocida como óptica geométrica. Los axiomas sobre los que se construye la óptica geométrica son:

1. Las trayectorias de los rayos de luz en los medios homogéneos e isótropos son rectilíneas

2. El rayo incidente, el refractado y la normal están en un mismo plano

3. Se cumple la ley de la reflexión

4. Se cumple la ley de la refracción

5. Las trayectorias de la luz a través de distintos medios son reversibles

6. No existe interacción entre los diferentes rayos donde los cinco primeros axiomas se deducen del principio de Fermat

3.1.1 CONCEPTO DE LUZ

La luz es una forma de energía capaz de provocar cambios en los cuerpos.

Hay fuentes luminosas naturales, que producen luz propia y se encuentran en la naturaleza, como el Sol, el fuego y algunos insectos como las luciérnagas, y fuentes luminosas artificiales, fabricadas por las personas, como la bombilla (ampolleta), las velas, las c erillas (fósforos) y los tubos fluorescentes.

Durante el día la luz del Sol nos ilumina, los rayos de luz que nos llegan del Sol son una forma más en que se manifiesta la energía, la cual puede ser utilizada por el hombre para su provecho. De noche, sin embargo, necesitamos otras fuentes de luz, por eso conectamos bombillas (ampolletas), usamos una linterna o encendemos una luz para poder ver.

Propagación de la Luz

La luz emitida por una fuente luminosa es capaz de llegar a otros objetos e iluminarlos. Este recorrido de la luz, desde la fuente luminosa hasta los objetos, se denomina rayo luminoso.

Las características de la propagación de la luz son:

• La luz se propaga en línea recta. Por eso la luz deja de verse cuando se interpone un cuerpo entre el recorrido de la luz y la fuente luminosa.

• La luz se propaga en todas las direcciones. Esa es la razón por la cual el Sol ilumina todos los planetas del sistema solar.

• La luz se propaga a gran velocidad.

Propiedades de la Luz

Algunas propiedades de la luz, como el color, la intensidad, dependen del tipo de fuente luminosa que las emita. No obstante, existen otras propiedades, como la reflexión y la refracción, que son comunes a todos los tipos de luz.

La reflexión: la luz cambia de dirección

La reflexión de la luz es un cambio de dirección que experimenta la luz cuando choca contra un cuerpo.

La refracción: la luz cambia de velocidad

La refracción de la luz es el cambio de dirección que sufre la luz cuando pasa de un medio a otro diferente, por ejemplo cuando pasa del aire al agua.

3.1.2 VELOCIDAD DE LA LUZ

La velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 km/s o lo que es lo mismo recorre 9,46 billones de km en un año, la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado Año Luz.

La luz solar tarda aproximadamente 8 minutos 19 segundos en llegar a la Tierra. Se simboliza con la letra C y también es conocida como la constante de Einstein. La rapidez a través de un medio que no sea el "vacío" depende de su permitividad eléctrica, de su permeabilidad magnética, y otras características electromagnéticas. En medios materiales, esta velocidad es inferior a "c" y queda codificada en el índice de refracción. En modificaciones del vacío más sutiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones térmicas o presencia de campos externos, la velocidad de la luz depende de la densidad de energía de ese vacío.

La velocidad de la luz es de gran importancia para las telecomunicaciones.

3.1.3 REFLEXION Y REFRACCION

Reflexión

Es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar con la superficie de un objeto.

El fenómeno más evidente de la reflexión en el que se refleja la mayor parte del rayo incidente sucede cuando la superficie es plana y pulimentada (espejo).

ÁNGULO DE INCIDENCIA y ÁNGULO DE REFLEXIÓN

Se llama ángulo de incidencia -i- el formado por el rayo incidente y la normal.

La normal es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo. El ángulo de reflexión -r- es el formado por el rayo reflejado y la normal.

Cuando un rayo incide sobre una superficie plana, pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexión":

1.- El rayo incidente forma con la normal un ángulo de incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, que se llama ángulo reflejado.

2.- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en un mismo plano.

Refracción

La refracción es el fenómeno que se presenta en un rayo sonoro o luminoso cuando incide oblicuamente sobre la superficie de separación de dos medios, y en virtud del cual el rayo cambia de dirección y velocidad.

Cuando un rayo luminoso incide sobre la superficie que separa dos medios, por ejemplo el aire y el agua, parte de la luz incidente se refleja, mientras que la otra parte se refracta y penetra en el segundo medio. Aunque el fenómeno de la refracción se aplica fundamentalmente a las ondas luminosas los conceptos son aplicables a cualquier onda

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