Fundamentos de la Óptica Geométrica y el Comportamiento de la Luz

Introducción a la Óptica Geométrica

La óptica geométrica estudia los fenómenos y los elementos ópticos mediante el empleo de líneas rectas o rayos de luz y geometría plana.

• Rayo de luz: Es la trayectoria de la dirección del camino seguida por la luz al propagarse.

Clasificación de los Cuerpos según su Comportamiento Lumínico

Cuerpos según la Emisión de Luz

• Cuerpos luminosos: Son aquellos que tienen la particularidad de emitir luz propia, tales como el Sol, la llama de una vela, etc.
• Cuerpos iluminados: Son aquellos que no producen luz pero la reciben de otros cuerpos y son capaces de transmitirla.

Cuerpos según el Paso de la Luz

• Cuerpos opacos: Son aquellos que no permiten el paso de la luz a través de ellos, de tal manera que si reciben los rayos luminosos proyectarán una sombra definida; por ejemplo, la madera.
• Cuerpo transparente: Son aquellos que permiten el paso de los rayos luminosos, razón por la cual se ve a través de ellos.
• Cuerpo translúcido: Son aquellos que dejan pasar luz de forma parcial pero la difunden de tal manera que las cosas no puedan ser distinguidas claramente a través de ellos.

Propagación de la Luz y Refracción Absoluta

Propagación Rectilínea de la Luz

La sombra de un cuerpo es la zona totalmente privada de luz detrás del objeto y limitada por los rayos tangentes que, partiendo de un punto luminoso, bordean el objeto opaco.

Índice de Refracción Absoluta

Se define como la relación que existe entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en la sustancia.

Fenómenos de Reflexión de la Luz

La reflexión de la luz es el fenómeno que ocurre cuando un haz de rayos de luz incide sobre una superficie bien pulida, devolviéndose los rayos al medio de donde proceden.

• Reflexión difusa: Es el fenómeno que ocurre cuando un rayo de luz incide sobre una superficie rugosa y, después del choque, los rayos no continúan siendo paralelos.

Elementos de la Reflexión de la Luz

• Punto de incidencia: Es el punto del espejo donde choca el rayo luminoso.
• Normal al espejo: Es la perpendicular al espejo en el punto de incidencia.
• Rayo incidente: Es el rayo de luz que llega al espejo.
• Rayo reflejado: Es el rayo de luz que rebota en el punto de incidencia.
• Ángulo de incidencia: Es el formado por el rayo incidente y la normal.
• Ángulo de reflexión: Es el ángulo formado por el rayo reflejado y la normal.

Leyes de la Reflexión de la Luz

1. Primera ley: El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano, que es perpendicular al espejo.
2. Segunda ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Espejos e Imágenes

Un espejo plano es toda superficie plana, pulida y perfectamente reflectora.

• Imágenes: Es la reproducción de un objeto por medios ópticos.
• Imagen real: Es la formada por la intersección de los rayos reflejados.
• Imagen virtual en los espejos: Es la formada por la intersección de las prolongaciones de los rayos en la reflexión.

Tipos de Espejos

1. Espejos angulares: Lo constituyen dos espejos planos formando un ángulo entre sí.
2. Espejos esféricos: Son aquellos donde la superficie reflectora es un casquete esférico.

Fenómenos y Elementos de la Refracción

La refracción de la luz es el fenómeno ocurrido cuando un rayo de luz, al atravesar la superficie de dos medios, cambia de dirección.

Elementos de la Refracción

• a) Rayo incidente: Es un rayo tal que llega a la superficie de separación de los dos medios.
• b) Rayo refractado: Es el rayo que, al atravesar la superficie de separación de los dos medios, sufre un cambio de dirección.
• c) Ángulo de incidencia: Es el ángulo formado entre el rayo incidente y la normal.
• d) Ángulo de refracción: Es el formado entre el rayo refractado y la normal.
• e) La normal: Es la perpendicular a la superficie de separación.

Elementos de los Espejos Esféricos

• Eje principal: Es toda recta indefinida que pasa a través del centro de curvatura y del vértice del espejo.
• Radio de curvatura: Es el radio de la superficie esférica a la cual pertenece el espejo.
• Foco principal: Es el punto sobre el eje principal donde convergen todos los rayos reflejados.

Conceptos Avanzados de Óptica

• Índice de refracción relativo: Es la relación o cociente entre dos índices de refracción absoluta.
• Ángulo límite: Es el ángulo de incidencia al que le corresponde un ángulo de refracción de 90 grados.

Aplicaciones de la Reflexión Total

1. Los espejismos.
2. El prisma de reflexión total: Es un prisma que tiene un índice de refracción tal que le corresponde un ángulo límite de 42 grados.
3. Las fuentes luminosas: Aquí se mantiene aprisionada la luz porque los rayos inciden en la superficie interior.