ÓPTICA

ARMANDO GABRIEL ESPELETA GÓMEZ

La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia.

NATURALEZA DE LA LUZ

1.-Teoría corpuscular de Newton: 1.-Teoría corpuscular de Newton: Los Los focos emitirían minúsculas partículas que se propagan en focos emitirían minúsculas partículas que se propagan en línea recta en todas las direcciones, y al chocar contra línea recta en todas las direcciones, y al chocar contra nuestros ojos producirían la sensación luminosa.nuestros ojos producirían la sensación luminosa.

2.-Teoría ondulatoria de Huygens: 2.-Teoría ondulatoria de Huygens: Propuso que la luz consiste en la propagación de una Propuso que la luz consiste en la propagación de una perturbación ondulatoria del medio. Creía que la luz era perturbación ondulatoria del medio. Creía que la luz era similar a las ondas sonorassimilar a las ondas sonoras

Teoría electromagnética (Maxwell)

Propuso que la luz era una onda electromagnética de alta frecuencia. Las ondas luminosas consistirían en la propagación, sin necesidad de soporte material, de un campo eléctrico y magnético perpendiculares entre sí.

Propuso que la luz estaba formada por un haz de pequeños corpúsculos o cuantos de energía, denominados fotones. La energía de cada fotón sería proporcional a la frecuencia de la luz

Teoría corpuscular (Einstein)

Naturaleza de la luz

Tras todas estas teorías, finalmente se llegó a la conclusión de que la luz poseía una doble naturaleza: Corpuscular y ondulatoria; Se propagaba mediante ondas electromagnéticas y presentaría fenómenos típicos.

Nota: En realidad la luz no se propaga rectilíneamente, Nota: En realidad la luz no se propaga rectilíneamente, pues presenta el fenómeno de difracción; Sin embargo se pues presenta el fenómeno de difracción; Sin embargo se toma esta linealidad para simplificar la comprensión de la toma esta linealidad para simplificar la comprensión de la naturaleza de la luz.naturaleza de la luz.

REFLEXIÓN

La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua.

Leyes fundamentales de la reflexión

REFRACCIÓN

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia y su velocidad en el medio de que se trate.

Leyes fundamentales de la refracción

Ejemplo

DIFRACCIÓN

Es un fenómeno característico de las ondas que consiste en la dispersión y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo.

También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a una distancia suficiente del emisor.

Ejemplo

LAS LENTESLAS LENTES

Las lentes son cuerpos transparentes que tienen la Las lentes son cuerpos transparentes que tienen la propiedad de modificar el tamaño visual de los propiedad de modificar el tamaño visual de los objetos que se ven a través de ellas.objetos que se ven a través de ellas.Al observar diferentes lentes, comprobamos que Al observar diferentes lentes, comprobamos que todas ellas presentas dos caras, de las cuales una todas ellas presentas dos caras, de las cuales una es curva y la otra puede ser plana o curva.es curva y la otra puede ser plana o curva.Las caras curvas pueden ser: cilíndricas, Las caras curvas pueden ser: cilíndricas, parabólicas, esféricaparabólicas, esférica

CLASIFICACIÓN DE LAS LENTESCLASIFICACIÓN DE LAS LENTES

Las lentes se pueden clasificar en dos Las lentes se pueden clasificar en dos grandes grupos:grandes grupos:

Lentes CONVERGENTES.Lentes CONVERGENTES.Lentes DIVERGENTES.Lentes DIVERGENTES.

LENTES LENTES CONVERGENTECONVERGENTESS

LENTES CONVERGENTESLENTES CONVERGENTES

CARACTERÍSTICAS DE UNA LENTE CARACTERÍSTICAS DE UNA LENTE CONVERGENTECONVERGENTE

Los lentes convergentes son los que magnifican Los lentes convergentes son los que magnifican el tamaño aparente del objeto observado. Una el tamaño aparente del objeto observado. Una lente convergente refracta los rayos de luz de tal lente convergente refracta los rayos de luz de tal manera que converjan.manera que converjan.

Las lentes convergentes son más gruesas por el Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por los extremos.centro que por los extremos.

ELEMENTOS DE UNA LENTE ELEMENTOS DE UNA LENTE CONVERGENTECONVERGENTE

Consideremos una lente biconvexa.

Centro de curvatura: Como una lente biconvexa tiene dos caras esféricas presenta dos centros de curvatura C Y C’, que corresponden a los respectivos centros de las esferas a los cuales pertenecen esas caras.

Eje principal: es la recta que pasa por los centros de curvatura C y C”.

Centro Óptico (O): es el punto del eje principal que tiene la propiedad de que todo rayo que pasa por él no se desvía al atravesar la lente.

Eje Secundario: es toda recta distinta al eje principal que pasa por el centro óptico.

Focos Principales: Cuando un haz de rayos luminosos paralelos al eje principal llegan a una lente biconvexa.

La distancia FO se denomina Distancia Focal

Al atravesar la lente, los rayos se refractan Al atravesar la lente, los rayos se refractan concurriendo a un punto (F) del eje principal concurriendo a un punto (F) del eje principal que se denomina, foco principal. Este es un que se denomina, foco principal. Este es un foco real porque está formado por los propios foco real porque está formado por los propios rayos.rayos.

Como la lente tiene dos caras, los rayos pueden Como la lente tiene dos caras, los rayos pueden incidir de izquierda a derecha o de derecha a incidir de izquierda a derecha o de derecha a izquierda y, por lo tanto, posee dos focos izquierda y, por lo tanto, posee dos focos principales F y F”.principales F y F”.

TRAYECTORIA DE LOS RAYOS EN UNA TRAYECTORIA DE LOS RAYOS EN UNA LENTE CONVERGENTELENTE CONVERGENTE

Un rayo paralelo al eje Principal, se refracta al atravesar la lente pasando por el foco principal (F).

Un rayo que pasa por el centro óptico (O) atraviesa la lente sin experimentar desviación.

Un rayo que pasa por el foco principal (F), se refracta al atravesar por la lente y emerge paralelo al eje principal.

FORMACIÓN DE IMÁGENES CON LENTES FORMACIÓN DE IMÁGENES CON LENTES CONVERGENTESCONVERGENTES

Para la formación de imágenes utilizan un procedimiento similar al empleado en los espejos esféricos.

Al igual que en los espejos esféricos, las característica de la imagen de un objeto depende de la distancia de ese objeto con respecto a la lente. Se consideran los siguientes casos:

1. El objeto se halla a una distancia de la 1. El objeto se halla a una distancia de la lente mayor que el doble de la distancia focal lente mayor que el doble de la distancia focal

La imagen del objeto AB es real, invertida y de menor tamaño que el del objeto.

2. El objeto se encuentra a una distancia de 2. El objeto se encuentra a una distancia de la lente la lente igualigual al doble de la distancia focal al doble de la distancia focal

La imagen es real, invertida y de igual tamaño que el objeto.

3. El objeto está ubicado entre el foco y el 3. El objeto está ubicado entre el foco y el doble de la distancia focaldoble de la distancia focal

La imagen es real, invertida y de mayormayor tamaño que el objeto.

4. El objeto está colocado en el foco principal.4. El objeto está colocado en el foco principal.

La imagen no se forma porque los rayos refractados son paralelos.

5. El objeto se encuentra entre el foco (F) y la 5. El objeto se encuentra entre el foco (F) y la lente.lente.

La imagen es virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto.

LENTES LENTES DIVERGENTESDIVERGENTES

LAS LENTES DIVERGENTESLAS LENTES DIVERGENTES

Existen diferentes tipos de lentes divergentes:

CARACTERÍSTICAS DE LENTES CARACTERÍSTICAS DE LENTES DIVERGENTESDIVERGENTES

Las lentes divergentes son las que reducen el tamaño aparente del objeto observado.

Las lentes divergentes son más gruesas por los extremos que por el centro.

ELEMENTOS DE UNA LENTE ELEMENTOS DE UNA LENTE DIVERGENTEDIVERGENTE

A modo de ejemplo analicemos el caso de una lente Bicóncava.

Eje principal: es la recta que pasa por los centros de las superficies esféricas a las que pertenecen ambas caras.

Centro Óptico (O): es el punto del eje principal que goza de la propiedad de que todo rayo que pasa por el, atraviesa la lente sin desviarse.

El foco Principal: si se hace incidir sobre la lente un haz de rayos paralelos.

Los rayos luminosos al atravesar la lente se desvían y divergen entre si, pero las prolongaciones de los rayos refractados concurren en un punto F del eje principal que se denomina foco principal. Como este foco se forma por las prolongaciones de los rayos, es un foco virtual.

Al igual que en las lentes biconvexas, estas lentes, estas lentes poseen dos focos (F y F”), porque los rayos de la luz pueden incidir en una o en la otra cara

TRAYECTORIA DE LOS RAYOS DE UNA TRAYECTORIA DE LOS RAYOS DE UNA LENTE DIVERGENTELENTE DIVERGENTE

A. Rayo paralelo al eje principal.A. Rayo paralelo al eje principal.

Un rayo paralelo al eje principal se refracta de modo tal que su prolongación pasa por el foco (F).

B. Rayo que pasa por el Centro ÓpticoB. Rayo que pasa por el Centro Óptico

Un rayo que pasa por el centro óptico atraviesa la lente sin desviarse.

C. Rayo cuya prolongación pasa por el foco C. Rayo cuya prolongación pasa por el foco principal.principal.

Un rayo cuya prolongación pasa por el foco principal (F”)

FORMACIÓN DE IMÁGENES EN UNA FORMACIÓN DE IMÁGENES EN UNA LENTE DIVERGENTELENTE DIVERGENTE

Para obtener la imagen de un objeto en una lente bicóncava, se utilizan dos rayos que parten de su punto extremo: uno paralelo al eje principal y otro que pasa por el Centro Óptico.

La imagen que se obtiene del objeto es virtual, derecha, de menor tamaño y está situada entre el objeto y la lente.

AplicacionesAplicaciones

Las lentes de contacto o las lentes de las gafas o anteojos corrigen defectos visuales. También se utilizan lentes en la cámara fotográfica, el microscopio, el telescopio y otros instrumentos ópticos. Otros sistemas pueden emplearse eficazmente como lentes en otras regiones del espectro electromagnético, como ocurre con las lentes magnéticas usadas en los microscopios electrónicos.

Imágenes en espejos planos

Imágenes en espejos curvos

Formación de imágenes en el ojo humano

Formación de imágenes en el ojo humano

ABERRACIÓN CROMÁTICA

Una aberración, en fotografía, es la deficiencia óptica de un objetivo que da lugar a imágenes faltas de nitidez o deformadas.

Hay dos tipos principales de aberración:

la esférica:(perturbación del foco)la cromática:(perturbación del color)

EJEMPLOS DE ABERRACION CROMÁTICA

CORRECCION DE LA ABERRACIÓN CROMÁTICA

Las lentes poseen un foco distinto

para cada color.

PRISMA

En óptica, un prisma es un objeto capaz de refractar, reflejar y descomponer la luz en los colores del arco iris. Generalmente, estos objetos tienen la forma de un prisma triangular, de ahí su nombre.

De acuerdo con la ley de Snell, cuando la luz pasa del aire al vidrio del prisma disminuye su velocidad, desviando su trayectoria y formando un ángulo con respecto a la interface. Como consecuencia, se refleja o se refracta la luz.

Los prismas reflectivos son los que únicamente reflejan la luz, como son más fáciles de elaborar que los espejos, se utilizan en instrumentos ópticos como los prismáticos, los monoculares y otros.

Los prismas dispersivos son usados para descomponer la luz en el espectro del arco iris; la luz blanca entrando al prisma es una mezcla de diferentes frecuencias y cada una se desvía de manera diferente.

Los prismas polarizantes separan cada haz de luz en componentes de variante polarización.