Absoluta

Un material óptico se caracteriza por una grandeza física denominada índice de refracción , siendo que el índice de refracción  absoluto se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio.

Cabe señalar que cuanto mayor sea el índice de refracción  del material, menor sería la velocidad de la luz en el medio.

 

Relativa

Se puede escribir el índice de refracción  relativo a dos materiales calculando el coeficiente entre los índices de refracción  de cada uno de los medios.

 

Snell Descartes

Un haz de luz, al incidir en la superficie de separación de los medios n1 y n2,es parcialmente reflejado y parcialmente refractado

El producto del seno del ángulo de incidencia por el valor del índice de refracción  del medio, en el que se propaga el rayo incidente (n1), es igual al producto del seno del ángulo de refracción  por el índice de refracción  del medio donde se propaga el rayo refractado (n2).

Pasando la luz de un medio menos refringente a otro más refringente, el rayo refractado se acerca a la recta normal si el rayo incide oblicuamente

Pasando la luz de un medio más refringente a otro menos refringente, el rayo refractado sufre un desvío  , apartándose de la recta normal si el rayo incide oblicuamente

 

Ángulo  límite de incidencia

Tomemos también como referencia el caso anterior, pero aquí el rayo luminoso recorrerá primero el agua e incidirá  sobre la superficie que separa los dos medios

El rayo refractado sufrirá un desvío, apartándose de la recta normal, porque ahora penetra en un medio de menor índice de refracción .

De esta manera, se observa un límite en el ángulo de incidencia para que pueda tener lugar el fenómeno de la refracción . Ese ángulo se denomina ángulo límite de refracción .

 

Reflexión  total

Qué ocurre si la luz incide en un ángulo superior al límite dado? En ese caso, tiene lugar el fenómeno de reflexión  total, o sea, la luz retorna al medio en el que se origina . Simplemente no ocurre refracción .

 

Fibras ópticas

Un ejemplo de reflexión  total son las fibras ópticas . Esas fibras se hacen de vidrio o plástico y tienen paredes extremadamente lisas, tanto que cuando la luz penetra en ellas sufre reflexión  en las paredes laterales diversas veces, por lo cual se transporta a largas distancias, conducida por la fibra óptica.

 

#Step07_Formación de imágenes

Dioptrio plano es el nombre que recibe la interfaz plana que separa dos medios transparentes. Tomemos como ejemplo una pelota pesada dentro de una pecera de vidrio llena de agua.

La interfaz agua-aire forma un dioptrio plano, de la misma manera que la interfaz agua-vidrio y vidrio-agua. Es interesante observar que, en este caso, alguien que observe desde el exterior de la pecera tendrá la impresión de que la pelota está sumergida a más profundidad de lo que realmente está . O sea, la imagen del objeto se ve a más profundidad que el mismo objeto!

Eso sucede debido a la refracción de la luz y es motivo de muchos accidentes en los que las víctimas son niños pequeños que intentan recuperar objetos que cayeron en una piscina o bañera llena de agua.

 

Ecuación de Gauss

Consideremos ahora el caso anterior del dioptrio plano igual. ¿Cuál sería la distancia, en relación a la superficie, en que la imagen se encuentra?

Para responder esa pregunta, convengamos que los medios tienen índices de refracción  (N ├ígua) y (N ar). También convengamos que p es la distancia entre la superficie del agua y el objeto (la pelota) que está en el fondo de la pecera, y pΓÇÖ la distancia entre la superficie del agua y la imagen.

La relación que proporcionaría el valor de pΓÇÖ se conoce como Ecuación de Gauss para el dioptrio plano, y se exhibe en el cuadro.

 

Láminas de caras paralelas

Láminas de caras paralelas son aquellas formadas por dos dioptrios planos, como en una barra de vidrio.

La luz que entra formando un ángulo « sale de la barra de vidrio también formando un ángulo «, pero sufre un desvío (llamado desvío  lateral) con respecto a la dirección original de propagación de la luz que entró.

 

Desvío lateral

Se puede calcular el desvío  lateral d usando la expresión mostrada en el cuadro, donde e es el espesor de la lámina (o sea, el ancho de la barra de vidrio).

 

Prisma

En el contexto de la óptica , se define 'prisma' como el elemento óptico transparente con superficies rectas y pulidas que es capaz de refractar la luz que incide sobre él. El formato más usual de un prisma óptico es el de pirámide con base cuadrangular y lados triangulares.

Los prismas dispersivos usan para separar la luz en los colores del espectro.

Los prismas reflectivos usan para reflejar la luz.

Los prismas polarizados pueden dividir el haz de luz en componentes de variadas polaridades.

 

Dispersión

La dispersión luminosa es el fenómeno de separación de la luz policromática branca en los colores que la componen, lo que ocurre cuando la luz blanca sufre refracción , como por ejemplo en un prisma de vidrio o en gotas de agua.

 

Refracción  en la atmósfera

El fenómeno de la refracción  de la atmósfera  se ve cuando la luna o el sol está n muy cerca del horizonte, donde los vemos con un color rojizo.

Eso sucede porque la atmósfera  no se considera un medio homogéneo . De esta manera, cuanto más nos alejamos de la superficie terrestre, se vuelve menos densa. Así cuanto menor sea la densidad, menor sería el índice de refracción .

 

Arcoíris

El fenómeno del arcoíris  es una consecuencia de la refracción  de la luz y de la dispersión de la misma al atravesar una pequeña gota de agua. El arcoíris  solo aparece cuando hay dispersión de pequeñas gotas de agua en la atmósfera .

 

Centros y radios de curvatura

Qué sucede si un dioptrio no es plano? Tenemos entonces lo que se llama lente, cuyas propiedades ópticas  son totalmente distintas.

La lente tiene, en general, dos superficies esféricas que pueden asociarse a centros (C1 y C2) y radios (R1 e R2). Los dioptrios en los que una superficie es plana y la otra es esférica también son lentes.

 

Eje principal e vértices

El eje que pasa por los centros de curvatura se denomina eje principal. Al pasar por un punto de la lente, este se denomina 'vértice ', y lo mismo puede afirmarse de la segunda cara del mismo, siendo este segundo punto su 'segundo vértice '.

 

Espesor

El espesor de la lente puede definirse como la distancia entre los vértices  V1 y V2.

 

Tipos de lentes

Podemos encontrar seis tipos de lentes esféricas (formadas por dioptrios esféricos y plano).

Uno de los grupos tiene bordes finos y el otro, bordes gruesos.

 

Definición

Cuando un haz de rayos paralelos al eje principal incide sobre una lente y emerge convergiendo los rayos luminosos hacia un punto, decimos que esa lente es convergente.

 

Imágenes

Para la construcción de las imágenes  en las lentes convergentes, seguiremos los pasos que se detallan a continuación .

 - Paso 1: El rayo que incide en forma paralela al eje principal refracta pasando por el foco imagen F'.

 - Paso 2: El rayo que incide pasando por el centro óptico de la lente C, no sufre desvío  .

 - Paso 3: El rayo que incide pasando por el foco del objeto F, refracta paralelo al eje principal.

 

Visualización de las imágenes

Ahora que sabemos cómo construir las imágenes , aprenderemos cómo una persona percibe las imágenes  que se forman.

Así como en el caso de los espejos esféricos, tanto las imágenes  reales como las virtuales serán vistas por una persona posicionada adecuadamente con respecto a la lente.

Use el ambiente al lado para comprobar/visualizar todas las imágenes  formadas por una lente cóncava.

 

Definición

Cuando un haz de rayos de luz, paralelos al eje principal, incide sobre una lente y emerge divergiendo los rayos de luz, decimos que esa lente es divergente.

 

Imágenes

Para la construcción de las imágenes  en las lentes convergentes, seguiremos los pasos que se detallan a continuación.

 - Paso 1: El rayo que incide en forma paralela al eje principal refracta pasando por el foco imagen F'.

 - Paso 2: El rayo que incide pasando por el centro óptico del lente C, no sufre desvío  .

 - Paso 3: El rayo que incide pasando por el foco del objeto F, refracta paralelo al eje principal.

 

Distancia focal

Considere una lente de caras esféricas , de rayos R1 e R2, de índice de refracción  n2, envuelto por un medio de índice de refracción  n1. Usando las leyes de la refracción , es posible mostrar que la distancia focal f de esa lente está dada por la expresión que se muestra en el cuadro.

 

Vergencia

Se considera vergencia o convergencia C de una lente el inverso de su distancia focal.

Para lente convergente: f<0 y C<0

La unidad de vergencia es la dioptría (di).

 

Aumento lineal

El aumento lineal transversal puede calcularse mediante ( i/o =  -p'/p ).

 

Asociación  de lentes

Considere una asociación  de dos lentes, de vergencias V1 y V2. ¿Cuál sería su comportamiento óptico ?

Bien, existen dos casos que debemos considerar. El primero es cuando las lentes está n yuxtapuestas, es decir, ┬½pegadas┬╗ una a la otra.

En ese caso, la vergencia de la asociación  (Veq) es simplemente la suma algebraíca  de la vergencia de cada lente, o sea, Veq = V1 + V2.

El segundo caso es cuando las lentes está n separadas a una distancia d. En ese caso, la vergencia de la asociación  está dada por Veq = V1 + V2.