Fundamentos de la Óptica Geométrica: Reflexión, Refracción y Propiedades de la Luz

Propagación Rectilínea de la Luz y Óptica Geométrica

La luz es una onda electromagnética que impresiona el sentido de la vista y su longitud de onda está comprendida entre 380 y 720 nanómetros.

Óptica Geométrica

Estudia el comportamiento de la luz aplicando el concepto de rayo.

Rayo

Línea recta imaginaria dibujada en la dirección de propagación de las ondas luminosas y perpendicular al frente de ondas.

Reflexión y Refracción de la Luz

Reflexión de la Luz

Cuando un rayo de luz incide sobre la superficie de separación de dos medios materiales, se refleja cambiando de dirección pero no de velocidad.

Leyes de la Reflexión

1. Primera Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano.
2. Segunda Ley (Ley de Snell): El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Refracción de la Luz

Cuando un rayo de luz incide sobre la superficie de separación de dos medios materiales, se refracta y pasa al segundo medio con distinta velocidad.

Leyes de la Refracción

1. Primera Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano.
2. Segunda Ley (Ley de Snell): La relación entre los senos de los ángulos de incidencia y refracción es igual a la relación entre las velocidades del rayo en el primer medio y en el segundo medio.

Otros Fenómenos Ópticos

Interferencias

Ocurren cuando se encuentran en un punto dos o más rayos.

Difracción

Fenómeno ondulatorio por el cual las ondas luminosas bordean o atraviesan obstáculos cuyo tamaño es del orden de su longitud de onda.

Reflexión Total

Cuando el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite, la luz no se refracta, sino que se refleja en la superficie de separación de los dos medios. Tiene aplicaciones en prismas ópticos (periscopio) y óptica de fibras (endoscopio para medicina y fibra óptica en telecomunicaciones).

Ángulo Límite

Ángulo de incidencia que corresponde a un ángulo de refracción de 90º.

Prisma Óptico

Medio refringente limitado por caras planas que se cortan entre ellas o sus prolongaciones.

Dispersión de la Luz

Descomposición de la luz en sus diferentes colores y, en consecuencia, en luces de diferentes longitudes de onda.

Visión del Color

Los colores de los cuerpos dependen del tipo de luz que los ilumina y de la naturaleza de su superficie, ya que absorben ciertas longitudes de onda con preferencia a otras.

Cuerpos y Luz

• Cuerpos Luminosos: Emisores de luz (Sol).
• Cuerpos Iluminados: Se hacen visibles al devolver toda o parte de la luz que reciben (Luna).
• Cuerpos Transparentes: Dejan ver los objetos a través de ellos.
• Cuerpos Translúcidos: Son atravesados por la luz, pero no dejan ver los objetos con claridad.
• Cuerpos Opacos: No dejan pasar la luz.

Hipótesis de la Óptica Geométrica

1. En medios homogéneos e isótropos, los rayos de luz se propagan en línea recta.
2. La propagación de cada uno de los rayos de luz se realiza con independencia de cómo se propagan los demás.
3. Si un rayo de luz se propaga de un punto a otro siguiendo una trayectoria, puede ir del segundo al primero recorriendo el mismo camino en sentido inverso.

Espejos y Lentes

Espejos

Superficies pulimentadas capaces de reflejar la luz (espejos planos, esféricos - cóncavos (pulimentados por el interior), convexos (pulimentados por el exterior)).

Lentes

Objetos transparentes limitados generalmente por superficies esféricas.

Lente Delgada

Si el grosor de esta es pequeño comparado, por ejemplo, con el radio de curvatura de sus caras.

Lentes Convergentes

Más gruesas en el centro que en los bordes (biconvexa, plano-convexa y menisco-convergente).

Lentes Divergentes

Más gruesas en los bordes que en su parte media (bicóncava, plano-cóncava y menisco-divergente).

Defectos de la Visión y Corrección

• Miopía: Exceso de convergencia, la imagen se forma entre el cristalino y la retina. Se corrige con lentes divergentes.
• Hipermetropía: Defecto de convergencia, la imagen se forma detrás de la retina. Se corrige con lentes convergentes.
• Presbicia (Vista Cansada): Defecto de la edad, pérdida de flexibilidad del cristalino. Se corrige con lentes convergentes.
• Astigmatismo: Defecto de la curvatura de la córnea. Se corrige con lentes cilíndricas.

Instrumentos Ópticos

Telescopio

Instrumento óptico que se utiliza para conseguir que los objetos distantes parezcan aún más cercanos.

Lupa

Instrumento óptico sencillo que sirve para aumentar la imagen mediante una lente convergente. Debemos situarla de tal modo que la distancia al objeto sea menor que la distancia focal de la lente; de este modo, obtenemos una imagen virtual, derecha y mayor.