Fundamentos de Óptica: Luz, Reflexión y Refracción

Óptica Geométrica

Propagación rectilínea de la luz: Describe la trayectoria rectilínea que sigue la luz al ir de un punto a otro, siendo este el camino más corto.

Rayo luminoso: Línea imaginaria, perpendicular a los frentes de onda, que indica la dirección de propagación de la luz.

Reflexión de la luz

Cuando un rayo luminoso incide en la superficie de separación de dos medios distintos, parte de la energía luminosa continúa propagándose en el mismo medio (se refleja) y parte pasa a propagarse por el otro medio con una velocidad distinta (se refracta).

Refracción de la luz

El rayo refractado se acercará a la normal si la velocidad en el segundo medio es menor, mientras que se alejará de la normal si la velocidad en el segundo medio es mayor.

Se puede demostrar que:

• El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.
• El ángulo de refracción depende del ángulo de incidencia.
• El ángulo de refracción depende de la relación entre los índices de refracción de los medios.

Sistema Óptico

Conjunto de superficies que separan medios transparentes, homogéneos e isótropos de distinto índice de refracción. Las imágenes de un punto se forman en la intersección de los rayos.

Conceptos Básicos

Sistema óptico

Objeto: Fuente de la que proceden los rayos luminosos, bien por luz propia o reflejada. Cada punto de la superficie del objeto se considera una fuente puntual de rayos divergentes.

Imagen: Figura formada por el conjunto de puntos donde convergen los rayos que provienen de las fuentes puntuales del objeto tras su interacción con el sistema óptico. Puede ser de dos tipos:

• Imagen real: Es la imagen formada en un sistema óptico mediante la intersección en un punto de los rayos convergentes procedentes del objeto puntual después de atravesar el sistema.
• Imagen virtual: Es la imagen formada mediante la intersección en un punto de las prolongaciones de los rayos divergentes formados después de atravesar el sistema óptico.

Imagen de un objeto extenso: Está formada por las imágenes virtuales de cada uno de los puntos del objeto.

Con respecto a la posición, las imágenes pueden ser derechas, si están en la misma posición que el objeto, e invertidas si están en la posición contraria al objeto. Según su tamaño se denominan mayores si son más grandes que el objeto y menores si son más pequeñas que el objeto.

Considerando que las superficies curvas son esféricas (espejos y lentes), debemos definir:

• Centro de curvatura (C): Es el centro geométrico de la esfera al que corresponde la superficie del espejo o lente. En espejos planos, el centro de curvatura se considera en el infinito.
• Vértice (V): Es el punto de corte de la superficie esférica con el eje óptico.
• Radio de curvatura: Es la distancia que existe entre el centro de curvatura y el vértice.
• Eje óptico: Es el eje que une el objeto con el centro de curvatura de la lente o espejo (C) y con el centro del sistema óptico (lente o espejo).