Refracción de La Luz

$: Refracción de La Luz$
Colegio San Miguel 3º PolimodalFísica Docente: Ing. Adriana Castro

REFRACCIÓN DE LA LUZSi un rayo de luz pasa de un medio transparente a otro de distinta

densidad, (por ejemplo: aire - agua), se desvía de su dirección primitiva. La refracción es el fenómeno en el que un rayo de luz se desvía al atravesar la superficie de separación de dos medios transparentes.

Leyes de la Refracción1ª Ley: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en un mismo plano. El ángulo que forma el rayo refractado con la normal se denomina ángulo de refracción

2ª Ley: el seno del ángulo de incidencia es inversamente proporcional al índice de refracción del medio incidente y el seno del ángulo de refracción es inversamente proporcional al índice de re refracción del medio en que se refracta. Esto se conoce como Ley de Snell.

Todo rayo que pasa a un medio más refringente, tiende a acercarse a la normal y viceversa.

Índice de Refracción (n) Relativo y AbsolutoEl índice de refracción de un medio homogéneo es una medida que

determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio.El índice de refracción absoluto de un medio cualquiera es el cociente

entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en dicho medio.

Cuando el índice de refracción está dado respecto del aire, será un índice relativo lo simbolizamos nB/A : Índice de refracción de la sustancia B (la segunda) con respecto a otra A (la primera).

Valores del índice de refracción de algunas sustanciasSólidos Líquidos (a 20ºC) Gases ( en

CNPT) Yodo: 3.34 Acetona: 1.359 Hidrógeno:

1.00013Sodio: 4.22 Benceno: 1.501 Oxígeno: 1.00027Ámbar: 1.55 Agua: 1.333 Cloro: 1.00077Parafina: 1.43 Alcohol: 1.36 Aire:

1.00029Vidrios: 1.6 Bisulfuro de C: 1.625 Argón: 1.00028Hielo: 1.31 Dióx. de C:

1.00045

- 1 -

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luz


Sal común: 1.5443 Helio: 1.00004

Nitrógeno: 1.00030

Construcción del rayo refractado

DIOPTRASSe denomina dioptra a la superficie de separación de dos medios con

diferente índice de refracción. Pueden ser planas como la lámina de caras paralelas y los prismas o esféricas como las lentes.

LÁMINA DE CARAS PARALELASUn trozo de sustancia transparente limitado por dos planos paralelos

constituye una lámina de caras paralelas. Un rayo de luz que atraviesa una lámina de caras paralelas, no se desvía sino que sufre un desplazamiento lateral respecto de la dirección de incidencia.

El desplazamiento lateral de una lámina de caras paralelas en el aire (n = 1) depende del ángulo de incidencia ( i ), del espesor de la lámina (e) y del índice de refracción de la misma (n):

PRISMASEs una porción de sustancia transparente limitada por dos caras

planas que se cortan, formando un ángulo :

- 2 -


Potencia de un PrismaEs la desviación en centímetros de un rayo sobre una pantalla

ubicada a 1 metro del prisma. La unidad potencia del prisma es la dioptría.

Reflexión total y ángulo límiteHabíamos visto que si un rayo pasa de un medio a otro de mayor

índice de refracción, tiende a acercarse a la normal. Si en cambio, pasa a otro medio menos refringente, tiende a alejarse de la normal. Se puede obtener así, un ángulo de incidencia tal que el rayo refractado se aleje lo suficientemente de la normal como para salir refractado paralelo a la superficie de separación de ambos medios. En este caso, se produce el fenómeno de reflexión total, y al ángulo de incidencia se lo denomina ángulo límite. Cualquier rayo que incida con un ángulo mayor al ángulo límite se refleja totalmente.

Valores de ángulos límites

Agua-aire: 48º Vidrio-agua: 62º Diamante-aire: 36º Cristal-aire: 24º

Prisma de Reflexión TotalUn trozo de paralelepípedo rectangular de vidrio transparente,

constituye un prisma de reflexión total. Un rayo que incide normalmente sobre alguno de sus catetos, se refleja totalmente.

LENTES DELGADASUna lente es la combinación de dos dioptras. Una lente delgada es

aquella cuyo espesor es despreciable frente al radio de curvatura de la lente.

Tipos de lentes delgadas

- 3 -


Las lentes convergentes son aquellas que al ser atravesadas por un haz de rayos paralelos provocan la convergencia de dichos rayos hacia un punto. También se las denominan lentes positivas, pues la potencia de estas lentes es positiva. Por el contrario, la lentes divergentes tienden a separar los rayos y por eso se las denominan lentes negativas (su potencia siempre es negativa).

Componentes de una lente delgada

Eje Principal y Centro Óptico El eje principal es una recta determinada por los centros de las

superficies esféricas que componen la lente. El centro óptico es un punto situado sobre el eje principal tal que todo rayo que pasa por él no se desvía.

Foco Objeto ( F )Es un punto axial tal que todo rayo procedente de él o que se dirige

hacia él, se propaga paralelamente al eje después de refractado:

En las lentes convergentes, el foco siempre es positivo (a la izquierda de la lente) y en las divergentes es negativo (situado a la derecha de la lente).

Esto es válido siempre que se considere como positivo, el lado del que provienen los rayos luminosos, en este caso, el lado izquierdo de las lentes.

Foco Imagen ( F')Es un punto axial tal que todo rayo que incide paralelamente al eje

principal, al refractarse se dirige o diverge de él:

- 4 -


Marcha de rayos en lentes convergentesPara la construcción de imágenes en lentes convergentes, debe

tenerse en cuenta lo siguiente:1º Todo rayo incidente paralelo al eje principal, al refractarse a través de una lente convergente pasa por el foco imagen.2º Todo rayo incidente que pasa por el foco objeto, al refractarse a través de una lente convergente, emerge paralelo al eje principal.3º Todo rayo incidente que pasa por el centro óptico de la lente, emerge sin desviarse.

Al igual que en el caso de los espejos esféricos, la imagen depende de la posición relativa del objeto en las lentes:

Caso A: si el objeto se encuentra más alejado que el doble de la distancia focal => se obtiene una imagen real, invertida y de menor tamaño.Caso B: el objeto se encuentra al doble de la distancia focal => se obtiene una imagen real, invertida y de igual tamaño.Caso C: el objeto se encuentra entre el doble de la distancia focal y F => se obtiene una imagen real, invertida y de mayor tamaño.Caso D: el objeto se encuentra sobre el foco objeto => la imagen se forma en el infinito.Caso E: el objeto está entre el foco objeto y la lente => se obtiene una imagen virtual, derecha y de mayor tamaño.

Fórmula de GaussAl igual que en espejos esféricos, hay una ecuación matemática que

relaciona las posiciones del objeto y de la imagen con los focos de una lente

- 5 -


delgada:

Aumento lateral ( m )El aumento lateral es la relación que existe entre las alturas del

objeto y de la imagen, la que es igual a la relación existente entre sus posiciones.

Potencia de una lente delgada convergenteSe define como la inversa de la distancia focal expresada en metros.

La unidad de potencia es la dioptría, correspondiente a la potencia de una lente cuya distancia focal es de 1 metro.

Marcha de rayos en lentes divergentesEn las lentes divergentes, la imagen y los focos son siempre virtuales.

Todo haz de rayos que atraviesa una lente divergente cumple las siguientes condiciones: 1º Todo rayo incidente paralelo al eje principal, al refractarse a través de una lente divergente, su prolongación pasa por el foco imagen.2º Todo rayo incidente cuya prolongación pasa por el foco objeto, al refractarse a través de una lente divergente, emerge paralelo al eje principal.3º Todo rayo incidente que pasa por el centro óptico de la lente, emerge sin desviarse.

- 6 -


Para las lentes divergentes, las imágenes siempre resultan virtuales, derechas y de menor tamaño, situadas entre el foco imagen y la lente, independientemente de la posición del objeto. A medida que el objeto se aleja de la lente, la imagen resulta menor. Si el objeto se ubica en el infinito, la imagen se forma en el foco imagen.

Fórmula de Gauss Se aplica la misma fórmula vista para lentes convergentes pero

teniendo en cuenta que el foco objeto en este caso es negativo.

Potencia de una lente divergenteSe define de la misma forma que en las lentes convergentes pero

teniendo en cuenta que la distancia focal es negativa. Por ello, la potencia de una lente divergente es negativa; de ahí que se las denomine lentes negativas.

Guía de estudio

1) ¿Qué se entiende por índice de refracción?

2) ¿Cuál es el efecto que produce un rayo de luz en una lámina de caras paralelas?

3) Describa algunos efectos producidos por la refracción.

4) ¿A qué se llama reflexión total?

5) ¿Qué entiende por ángulo límite?

6) ¿Cómo actúa un prisma y cuál es la fórmula del ángulo de desviación?

7) ¿Qué es una lente?

8) ¿Qué tipos de lentes conoce?

9) ¿A qué se llama eje principal?

10) ¿Qué propiedades tiene el centro óptico?

11) ¿Cómo se construyen gráficamente las imágenes?

12) ¿A qué se llama potencia de una lente?, ¿en qué unidad se mide?

13) ¿Cuál es el funcionamiento óptico del ojo?

14) ¿Cuáles son los defectos de la visión y cómo se corrigen?

15) ¿Qué se entiende por ilusiones ópticas? ¿Por qué se producen?

16) Imprime al menos 8 figuras con ilusiones ópticas diferentes y su correspondiente explicación.

- 7 -


Problemas de Refracción y Lentes Delgadas

1) ¿Cuál será el índice de refracción de una sustancia, si un rayo luminoso que incide según un ángulo de 28° se refracta según otro de 20°?

Respuesta: 1,37

2) Un rayo de luz incide en un vidrio, cuyo índice de refracción es 1,59, según un ángulo de 30°. ¿Cuál es el ángulo de refracción?

Respuesta: 18° 17´ 38"

3) ¿Cuál será el ángulo de incidencia que se forma si el rayo de luz se refracta bajo un ángulo de 35°, en una sustancia de índice de refracción 1,2?

Respuesta: 43° 32´ 18"

4) Calcular el índice de refracción de una sustancia tal que un rayo luminoso que incide con un ángulo de 37° se refracta formando otro de 43°.

Respuesta: 0,882

5) ¿Cuál es el ángulo de desviación de un prisma, cuyo ángulo de refringencia es de 60°, si un rayo que incide en ángulo de 30° emerge con un ángulo de 45°?

Respuesta: 15°

6) Calcular el desplazamiento sufrido por un rayo que incide según un ángulo 30° sobre una lámina de caras paralelas de 2 cm e índice refracción de 1,5.

Respuesta: 3,8 mm

7) Un rayo de luz incide sobre un prisma bajo un ángulo de 38°, si emerge según otro de 32° y las caras del prisma forman un ángulo de 20°, ¿cuál es la desviación sufrida por el rayo?.

Respuesta: 50°

8) Un objeto está situado a 0,6 m de una lente convergente cuya distancia focal es de 0,3 m. ¿A qué distancia se forma la imagen?

Respuesta: 0,6 m

9) Delante de una lente divergente cuya distancia focal es 0,8 m, hay un objeto a 0,6 m. ¿A qué distancia está la imagen?

Respuesta: -0,343 m

10)Mediante una lente convergente se obtiene una imagen real a 30 cm de la misma. ¿Cuál será su distancia focal si el objeto está colocado a 45 cm?

Respuesta: 18 cm

11)Exprese en dioptrías la potencia de una lente divergente de distancia focal -80 cm.

Respuesta: -5/4

12)La potencia de una lente convergente es de 5 dp. ¿A qué distancia de la misma se formará la imagen si el objeto se coloca a 30 cm de la misma?

Respuesta: 0,6 m

13) La distancia focal de una lente convergente es de 15 cm. ¿A qué distancia estará la imagen de un objeto colocado a 22 cm?

Respuesta: 0,471 m

14) Frente a una lente convergente de 20 cm de distancia focal y sobre su eje se coloca un objeto, calcular la distancia objeto-lente para que la distancia imagen-lente sea el doble.

Respuesta: 30 cm

- 8 -

Refracción de La Luz

Documents

Transcript of Refracción de La Luz