Optica geometrica

3.2 Óptica geométrica

Velocidad de la luz.

Determinada con diferentes métodos desde los tiempos mas antiguos, su valor, se ha ido precisando cada vez más ha medida que la técnica avanza.

Fuentes luminosas y cuerpos iluminados

Los cuerpos que emiten luz se denominan fuentes de luz o cuerpos luminosos.

Los cuerpos que necesitan luz se les llama cuerpos iluminados y se dividen en: transparentes, traslucidos y opacos.

Por ejemplo el vidrio es transparente para la luz infrarroja, visible y ultravioleta. Mientras

que el aire es opaco para la luz ultravioleta de alta frecuencia.

Los cuerpos traslucidos si permiten el paso de la luz pero no la visión de los objetos que están detrás.

Los cuerpos opacos bloquean el paso de la luz, la absorben o la reflejan.

Rayo de Luz o haz luminoso

La luz que emiten las fuentes luminosas se propagan en línea recta en todas direcciones. Un rayo de luz es una línea recta dirigida que representa la trayectoria de un haz de luz.

Color

Son sensaciones que experimentan nuestro cerebro a través de los ojos. Depende de la frecuencia de la luz que refleja o emite un objeto así como del objeto mismo. Un material absorbe ciertos colores porque las frecuencias correspondientes a ellos coinciden con las frecuencias naturales de los átomos (y las moléculas) de dichos materiales (reflexión selectiva). Es decir, el color de los cuerpos depende de las características de la luz que los ilumina y de los objetos que la absorben.

Un vidrio verde solo permite el paso de la luz verde, un vidrio transparente permite el paso de todo el espectro. Un objeto que absorbe el azul se ve amarillo cuando lo ilumina la luz solar.

Colores primarios: azul, verde, rojo

Colores secundarios: amarillo, magenta, cyan.

3.2.1 Leyes de la reflexión de la luz

La siguiente figura muestra cómo se refleja un rayo de luz que incide sobre una superficie reflejante:

[pic 1]

La relación entre los ángulos i y r se conocen como leyes de la reflexión.

Primera ley de la reflexión. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano.

Segunda de la reflexión. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión:

[pic 2]

Rayos paralelos producen reflexión especular si inciden sobre una superficie lisa (ejemplo, reflexión provocada sobre la superficie de un lago tranquilo). Si la superficie es irregular, la reflexión será difusa, (por ejemplo la luz del sol sobre la superficie de la luna)

[pic 3]

3.2.2. Formación de imágenes en espejos.

Espejos planos. Son aquellos cuya superficie reflejante es plana. Las características de las imágenes que forman son:

1. La imagen es derecha
2. La imagen tiene inversión izquierda-derecha
3. La imagen tiene el mismo tamaño que el objeto
4. La imagen se localiza por detrás del espejo a una distancia igual que la del objeto al espejo.

Espejos diedro

Un espejo diedro está compuesto  por dos  espejos planos  separados por un ángulo dado. Si se disminuye el ángulo entre los espejos el número de imágenes que se observan aumenta. El número de imágenes lo determina lo siguiente fórmula:

[pic 4]

Donde:

N = número de imágenes formadas

A = ángulo entre espejos

[pic 5]

Espejos esféricos.

Es un espejo cuya superficie reflectora tienen forma esférica. Sus características son:

Radio de curvatura (R)  El radio de la esfera de la que es parte la superficie esférica.

Centro de curvatura (c) Centro de la esfera de que es parte la superficie esférica.

Foco (F)  Punto medio entre el centro de curvatura y el vértice.

Vértice (V) Punto de referencia del espejo por el que pasa el eje principal.

Eje principal (Ep) Recta que pasa por el centro de curvatura, el foco y el vértice.

Eje secundario (Es) Rectas que pasan por el centro de curvatura y hacen ángulo con Ep

Distancia focal (f). Es la distancia entre el foco y el vértice.

[pic 6]

[pic 7]

Formación de imágenes en espejos esféricos.

Las imágenes que forman los espejos pueden determinarse mediante diagramas de rayos empleando dos o tres rayos particulares.

• Rayo paralelo. Los rayos paralelos al eje principal de un espejo cóncavo, provenientes de un objeto en el infinito, que incidan en éste, se reflejan pasando por su foco. En el caso del convexo, se reflejan en forma tal que parecen provenir del foco.

[pic 8]

• Rayo principal. Un rayo que pasa por centro de curvatura, se refleja pasando por la trayectoria original.

[pic 9]

• Rayo focal. Los rayos que pasan por el foco de un espejo cóncavo se reflejan paralelamente al eje; en el caso del convexo , los rayos no pueden pasar por el foco pero si se pueden prolongar de tal manera que los rayos reflejados parecieran provenir del foco.

[pic 10]

Procedimiento para espejos cóncavos.

1. El primer rayo que se traza es el rayo paralelo desde el punto superior de la figura hasta la superficie del espejo, al reflejarse para por el foco.
2. Se traza enseguida el rayo radial, desde el mismo punto de partida del rayo paralelo y pasando por el centro de curvatura.
3. Estos dos rayos se intersecan 4n un punto, a partir del cual se trazara la imagen hasta llegar al eje principal.

[pic 11]

[pic 12]

Las imágenes que se forman en los espejos esféricos pueden ser reales o virtuales

Imagen real. La forma la convergencia de los rayos por lo quede obtenerse en una pantalla.

Imagen virtual. Es la imagen que se forma en nuestra mente, no se puede plasmar en una pantalla.

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