En la óptica, a rayo es un estrecho idealizado haz de luz. Los rayos se utilizan para modelar la propagación de luz a través de un sistema óptico, dividiendo el campo ligero verdadero para arriba en los rayos discretos de los cuales puede ser propagado de cómputo a través del sistema por las técnicas trazo del rayo.[1] Esto permite que incluso los sistemas ópticos muy complejos sean analizados matemáticamente o simulans la computadora. El trazo del rayo utiliza soluciones aproximadas a Ecuaciones del maxwell eso es válido mientras ondas de la luz propague a través y alrededor de los objetos que dimensiones son mucho mayor que la luz longitud de onda. La teoría del rayo no describe fenómenos por ejemplo interferencia y difracción, que requieren teoría de la onda (participación fase de la onda).

Hay muchos rayos especiales que se utilizan en modelar óptico para analizar un sistema óptico. Éstos son definidos y descritos más abajo, agrupado por el tipo de sistema que se utilizan para modelar.

Interacción con las superficies

rayo del incidente es un rayo de la luz que pulsa una superficie. El ángulo entre este rayo y el perpendicular o normal a la superficie es ángulo de la incidencia.

rayo reflejado el corresponder a un rayo dado del incidente, es el rayo que representa la luz reflejada por la superficie. El ángulo entre el rayo normal y reflejado superficial se conoce como ángulo de la reflexión. La ley de la reflexión dice eso para a specular la superficie (de la no-

dispersión), el ángulo de la reflexión iguala siempre el ángulo de la incidencia.

rayo refractado o rayo transmitido el corresponder a un rayo dado del incidente representa la luz que se transmite a través de la superficie. El ángulo entre este rayo y el normal se conoce como ángulo de la refracción, y se da cerca Ley de Snell.

Si es el material birrefringente, el rayo refractado puede partir en ordinario y rayos extraordinarios, que experimentan diferente índice de refracción al pasar a través del material birrefringente.

Sistemas ópticos

A rayo meridional es un rayo que se confina a y-z plano, donde z puntos a lo largo del eje óptico del sistema, y y es perpendicular a este eje.

rayo marginal en un sistema óptico está el rayo meridional que empieza el punto donde el objeto cruza el eje óptico, y toca el borde del parada de la abertura del sistema.[2] Este rayo es útil, porque cruza el eje óptico otra vez en las localizaciones en donde una imagen será formada. La distancia del rayo marginal del eje óptico en las localizaciones del pupila de la entrada y salga de la pupila define los tamaños de cada pupila (puesto que son las pupilas imágenes de la parada de la abertura).

principal rayo en un sistema óptico está el rayo meridional que empieza el borde del objeto, y pasa a través del centro de la parada de la abertura.[2]

Este rayo cruza el eje óptico en las localizaciones de las pupilas. Pues tales principales rayos son equivalentes a los rayos en una cámara fotográfica del agujero de alfiler. La distancia entre el principal rayo y el eje óptico en una localización de la imagen define el tamaño de la imagen. Los rayos marginales y principales junto definen Lagrange invariante, que caracteriza el rendimiento de procesamiento o etendue del sistema óptico.[3]

A rayo oblicuo es un rayo que origina de un punto del objeto en y-z acepille, pero no propaga en este plano. Tal rayo intersecará la pupila de la entrada en algunos coordenadas arbitrarios (xp,yp).

A rayo tangencial es un rayo en el cual interseca la pupila de la entrada xp=0. Esto es justo otro nombre para un rayo meridional.

A rayo sagital o rayo transversal es un rayo oblicuo en el cual interseca la pupila yp=0.

A rayo meridional es un rayo que pasa con eje de de fibra óptica.

A rayo dirigido, rayo encuadernado, o rayo atrapado es un rayo en a de fibra óptica con varios modos de funcionamiento, que es confinada por base. Para fibra de índice de paso, encienda entrar en la fibra será dirigido si hace un ángulo con el eje de la fibra que es menos que la fibra ángulo de aceptación.

A rayo agujereado o rayo el hacer un túnel es un rayo en un de fibra óptica que la óptica geométrica prediga refleje totalmente en el límite entre base y revestimiento, pero que sufre la pérdida debido al límite curvado de la base.

Rayo Incidente, es aquel que llega a la superficie de separación de los medios trazados.

Rayo Refractado, el rayo que pasa al otro medio. Ángulo de Incidencia, el ángulo que se forma entre

el incidente y la normal. Ángulo de Refracción, el ángulo formado por la

normal y el rayo refractado. Normal, es la perpendicular a la superficie de

separación de los medios trazados.

Primera ley:

El rayo incidente, la normal y el rayo refractado pertenecen al mismo plano

Para explicar este fenómeno debemos primero expresar que: Espejo es toda superficie pulimentada, por ejemplo una lamina de cristal, la superficie de un lago en reposo, etc...

Cuando la luz incide sobre un cuerpo, éste la devuelve al medio en mayor o menor proporción según sus propias características. Este fenómeno se llama reflexión y gracias a él podemos ver las cosas.

Leyes de la Reflexión

Primera Ley: El rayo incidente (I), la normal (n) y el rayo reflejado (r)están en un mismo plano.

Segunda Ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión : i=r

Consecuencias de la Segunda Ley: Como es ángulo de incidencia resulta igual al de reflexión, se deduce que:

Cuando el rayo incidente coincide con la normal, el rayo se refleja sobre si mismo

Refracción de la Luz

Refracción es el fenómeno por el cual un rayo luminoso sufre una desviación al atravesar dos medios transparentes de distinta densidad.

Primera Ley: El rayo incidente, el rayo refractado y la normal pertenecen al mismo plano.

Segunda Ley: La razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante - llamada indice de refracción - del segundo medio respecto del primero:

Sen i / sen r= nb/a

nb/a: índice de refracción Del medio B respecto Del menio A

El indice de refracción varia de acuerdo los medios:

-el agua respecto del aire es n=1,33

-el vidrio respecto del aire es n=1,5

Existen tres tipos de refracción:

En la figura 4 se muestra la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa varios medios con superficies de separación paralelas. El índice de refracción del agua es más bajo que el del vidrio. Como el índice de refracción del primer y el último medio es el mismo, el rayo emerge en dirección paralela al rayo incidente AB, pero resulta desplazado.

La luz se refleja

La reflexión de la luz se representa por medio de dos rayos: el que llega a una superficie, rayo incidente, y el que sale "rebotado" después de reflejarse, rayo reflejado.

Si se traza una recta perpendicular a la superficie (que se denomina normal), el rayo incidente forma un ángulo con dicha recta, que se llama ángulo de incidencia.

La reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar contra la superficie de los cuerpos. La luz reflejada sigue propagándose por el mismo medio que la incidente.

La reflexión de la luz cumple dos leyes:

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

- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Imágenes en espejos curvos

Los espejos curvos pueden ser cóncavos (superficie curva con la parte central más hundida) o convexos (superficie curva con la parte central saliente).

La refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio a otro en el que se propagan con distinta velocidad. Por ejemplo, al pasar del aire al agua, la luz se desvía, es decir, se refracta.

Las leyes fundamentales de la refracción son:

- El rayo refractado, el incidente y la normal se encuentran en un mismo plano.

- El rayo refractado se acerca a la normal cuando pasa de un medio en el que se propaga a mayor velocidad a otro en el que se propaga a menor velocidad. Por el contrario, se aleja de la normal al pasar a un medio en el que se propaga a mayor velocidad.

La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio en el que pueda propagarse se denomina índice de refracción (n) de ese medio: n = c / v

La dispersión de la luz, una manifestación de la refracción

La luz blanca es una mezcla de colores: si un haz de luz blanca atraviesa un medio dispersor, como, por

ejemplo, un prisma, los colores se separan debido a que tienen diferentes índices de refracción.

Se emplean para muy diversos fines: gafas, lupas, prismáticos, objetivos de cámaras, telescopios, etc. Existen dos tipos:

- Lentes convergentes: Son más gruesas por el centro que por los extremos. Los rayos refractados por ellas convergen en un punto llamado foco.

- Lentes divergentes: Son más gruesas por los extremos que por el centro. Los rayos refractados no convergen en un punto, sino que se separan.

Imágenes a través de lentes

Para analizar las imágenes se emplean diagramas de rayos.

Para la construcción de imágenes se utiliza frecuentemente el diagrama de rayos. De esta forma se determina fácilmente dónde está situada la imagen, su tamaño, si es real o virtual, derecha o invertida, etc. La animación incluye un objeto en forma de flecha, un espejo y un punto rojo que indica dónde está el punto focal del espejo. Se puede utilizar el cursor para modificar la posición del objeto (posición en metros).  

La materia se comporta de distintas formas cuando interacciona con la luz:

- Transparentes: Permiten que la luz se propague en su interior en una misma dirección, de modo que vuelve a salir. Así, se ven imágenes nítidas. Ejemplos: Vidrio, aire, agua, alcohol, etc.

- Opacos: Estos materiales absorben la luz o la reflejan, pero no permiten que los atraviese. Por tanto, no se ven imágenes a su través. Ejemplos: Madera. metales, cartón, cerámica, etc.

- Translúcidos: Absorben o reflejan parcialmente la luz y permiten que se propague parte de ella, pero la difunden en distintas direcciones. Por esta razón, no se ven imágenes nítidas a su través. Ejemplos: folio, tela fina, papel cebolla, etc.

La luz blanca se compone de los diferentes colores del arco iris: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo.

En realidad, existen tres colores: rojo, verde y azul, llamados colores primarios, que al mezclarse en diferentes proporciones dan lugar a todos los demás. Si se mezclan en las mismas cantidades producen luz blanca.

 

Los colores de los objetos se deben a dos causas distintas:

- Color por transmisión: Algunos materiales transparentes absorben toda la gama de colores menos uno, que es el que permiten que se transmita y da color al material transparente. Por ejemplo, un vídrio es rojo porque absorbe todos los colores menos el rojo.

- Color por reflexión: La mayor parte de los materiales pueden absorber ciertos colores y reflejar otros. El color o los colores que reflejan son los que percibimos como el color del cuerpo. Por ejemplo, un cuerpo es amarillo porque absorbe todos los colores y sólo refleja el amarillo.

Un cuerpo es blanco cuando refleja todos los colores y negro cuando absorbe todos los colores (Los cuerpos negros se perciben gracias a que reflejan difusamente parte e la luz; de lo contrario no serían visibles).