Conceptos básicos de óptica: reflexión, refracción y lentes

La luz y su naturaleza

• Luz: Viaja en línea recta. Para estudiar su comportamiento, se utiliza el concepto de "rayo de luz", que se representa a través de flechas y líneas rectas.
• Frente de onda: Posición de todos los puntos en una misma fase cuando pasa la onda.
• Rayo de luz: Línea perpendicular al frente de onda, que indica la dirección de desplazamiento de una onda.

Óptica: la ciencia de la luz

La física que estudia la luz se llama óptica.

• Óptica geométrica: Estudia los fenómenos luminosos de la luz.

Galileo: Fue el primer científico moderno en estudiar el universo y la velocidad de la luz, pero no pudo medirla con precisión. La luz en el vacío es un medio natural en el universo, y no es posible alcanzar su velocidad con un objeto que contenga masa.

Reflexión de la luz

Reflexión de la luz: Cuando los rayos chocan con un medio de distinta densidad y vuelven a su punto inicial.

• Reflexión especular: Los rayos salen en forma paralela incidiendo en una superficie lisa o muy plana.
• Reflexión difusa: No genera imagen, pero hace visibles los objetos opacos mirados desde distintos puntos.

Mundos real y virtual

• Mundo virtual: No existen rayos luminosos, solo proyecciones imaginarias.
• Mundo real: Existen rayos y objetos reales.

Espejos curvos

Espejos curvos: Pueden ser cóncavos o convexos.

• Cóncavo: Curvatura del espejo hacia adentro (como una cuchara). Hace converger la luz.

Elementos de un espejo cóncavo

• Foco (F): Punto focal, se encuentra ubicado en el eje óptico.
• Vértice (V): Punto donde el eje óptico toca el objeto.
• Eje óptico: Línea recta imaginaria que pasa sobre el punto central del objeto.
• C: Centro de curvatura.
• R: Corresponde al radio.

El espejo cóncavo es capaz de generar varias imágenes, ya sean reales, virtuales, derechas, invertidas, grandes o de menor tamaño. Solo depende del punto donde esté ubicado el objeto.

• Convexos: Curvatura hacia afuera.

Dispersa la luz. Solo produce imágenes virtuales, derechas y pequeñas. Contiene más campo visual que un espejo plano. Su foco es virtual.

Refracción de la luz

Refracción de la luz: Es el cambio de propagación y velocidad que experimenta un objeto al cambiar de medio. Lo único que no cambia es su frecuencia.

Lentes

• Lente convergente: Se caracteriza por su centro grueso y sus lados delgados (como una lupa). Pueden generar:

Tipos de imágenes en lentes convergentes

• Imagen real: Se encuentra ubicada alejada del foco y alejada del lente. Su imagen siempre será real, invertida y más pequeña.
• Imagen virtual: Se encuentra entre el foco y el lente. Sus rayos se separan y no vuelven a unirse. Su imagen será virtual, derecha y más grande.

• Lente divergente: Sus lados son gruesos y su centro es delgado. Siempre produce imágenes virtuales, derechas y de menor tamaño.

Ley de Snell

Ley de Snell: Sirve para calcular el índice de refracción del ángulo.

Visión humana

Visión humana: Está compuesta por dos lentes convergentes (cristalino y córnea).

Defectos de la visión

• Miopía: Se ven mejor los objetos cercanos y los lejanos se ven peor.
• Hipermetropía: Los objetos cercanos se ven borrosos y los lejanos se ven bastante bien.
• Astigmatismo: Se ven todos los objetos borrosos y deformes.
• Daltonismo: Se produce por la falta de conos sensibles a un color o por un menor porcentaje de ellos en comparación con la retina normal. Quienes lo padecen pueden tener dificultades para ver el número 42, el color rojo o infrarrojo. Los hombres tienen mayor predisposición hereditaria.

Otros conceptos

• Objeto en el foco: No hay imagen.
• Rayo incidente: Rayos reales.
• Rayo reflejado: Se refleja.

Fizeau: Determinó el tiempo que demora el pulso de la luz en ir y venir de un espejo plano. Colocó una rueda y un espejo plano, e hizo girar la rueda que contenía unos dientes separados. Se dio cuenta de que la luz, en ir y volver, demora lo mismo que la rueda en cambiar de diente.