Fundamentos de Óptica Geométrica y Espejos

Fundamentos de la óptica geométrica

Propagación rectilínea de la luz

“La luz se propaga en el espacio en línea recta”.

Principio de independencia recíproca de las diversas partes que forman un haz luminoso

“Cada parte de un haz luminoso es independiente del mismo”.

Un haz luminoso es un conjunto de muchos rayos luminosos. Una lámpara puntual es aquella cuyas dimensiones son despreciables con respecto al observador; por ejemplo, para un observador terrestre, una lámpara puntual sería una estrella. Una lámpara extensa es aquella cuyas dimensiones no son despreciables con respecto al observador; por ejemplo: un tubo de luz, un velador, etc.

Fenómeno de reflexión en los espejos

Es la llegada de un haz luminoso a un espejo y su retorno al mismo medio óptico del que proviene. Un espejo es toda superficie pulida. La traza del espejo es la representación gráfica del mismo. La normal es una recta auxiliar perpendicular a la traza del espejo en el punto de incidencia del rayo. Todo rayo de luz que incide en un espejo plano en forma perpendicular a la traza del mismo siempre se refleja sobre sí mismo.

Leyes de reflexión

1. “El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la traza del espejo están siempre en un mismo plano”.
2. “El ángulo de incidencia siempre es igual al ángulo de reflexión”.

Principio de reversibilidad de los caminos ópticos

“La luz en el fenómeno de reflexión es reversible en su recorrido”.

Fenómeno de refracción en los materiales transparentes

(Aquí se espera una descripción del fenómeno de refracción)

Espejos planos

Los espejos planos de los objetos reales siempre producen imágenes virtuales del mismo tamaño y simétricas con respecto a los objetos, considerando a la traza del espejo como eje de simetría axial.

Elementos de los espejos esféricos (EE)

1. Centro de curvatura (O): es el centro de la esfera que genera al espejo esférico.
2. Vértice: es el punto medio de la traza del espejo esférico, que es la intersección de la misma con el eje principal.
3. Eje principal: es la recta horizontal imaginaria que contiene al centro de curvatura O, al foco principal F y al vértice V.
4. Foco principal: es un punto del eje principal que se encuentra a la misma distancia del centro de curvatura y el vértice.

La distancia focal es la distancia comprendida entre el foco y el vértice. El radio de curvatura es el radio de la esfera que engendra al casquete esférico, y es el doble de la distancia focal. El signo de la distancia focal nos permite clasificar a los espejos en cóncavos y convexos, según sea positiva o negativa respectivamente. El foco principal es un punto del eje principal cuya imagen se forma infinitamente alejado del espejo si fuese un punto objeto real.

1. Todo rayo de luz que incida en un EE pasando por el centro de curvatura O, si es cóncavo, o la prolongación pasa por el mismo si es convexo, siempre en estos casos se va a reflejar sobre sí mismo.
2. Todo rayo de luz que incida en un EE paralelo al eje principal se refleja pasando por el foco si es cóncavo o la prolongación pasa por el mismo si es convexo.
3. Todo rayo de luz que incida en un EE pasando por el foco si es cóncavo o la prolongación pasa por el mismo si es convexo; en ambos casos se va a reflejar paralelo al eje principal.

Formación de imágenes y aumento lateral

Es la relación que existe entre el tamaño de la imagen y el tamaño del objeto. El valor del aumento es un número que no lleva unidad de medición y que nos permite determinar cuál es la naturaleza de la imagen producida.

Descartes consideró como eje de coordenadas de referencia tomando como centro de coordenadas al vértice del espejo, y por convención consideró con sentido positivo de las X siempre al sentido contrario al de la luz incidente.

Experimento CC

Para lograr la determinación de la distancia focal de un espejo cóncavo, es condición la de obtener una imagen real invertida para poder realizar los cálculos correspondientes, matemáticamente se debe utilizar la fórmula de distancia focal y para el cálculo del aumento se debe utilizar la fórmula respectiva. El radio de curvatura se calcula como el doble de la distancia focal obtenida. No se puede realizar con un espejo convexo ni con uno plano porque ambos producen imágenes virtuales.

Experimento CvDvPlano

Para determinar experimentalmente la potencia de una lente convergente (Cv) se necesitaría una lente Cv de laboratorio, una vela encendida como objeto real, un instrumento de medición de distancia y una pantalla donde se proyectará la imagen obtenida. Utilizando una lente CV y la vela como objeto real, mediante la obtención experimental de una imagen real invertida de la misma haciendo varias mediciones de las distancias comprendidas entre la vela y la lente (X) y su imagen y la lente (X') (X > 0 y X' < 0) en cm. Utilizando la fórmula de distancia focal se calculan los valores de X y X' y la distancia focal del objeto con la que luego se calculará la potencia.

No es posible con lente divergente (Dv) porque siempre se producen imágenes virtuales siendo indispensable la obtención de una imagen real invertida proyectada en la pantalla. Solo sería posible si se adosa a una CV donde la imagen virtual de la primera es el objeto virtual de la segunda y esta última producirá una imagen real invertida que nos permite realizar las mediciones necesarias.