Fundamentos de Óptica: Reflexión, Refracción y Naturaleza de la Luz

La Naturaleza Dual de la Luz

Actualmente, los científicos aceptan que la luz es de naturaleza dual, es decir, que en ciertas circunstancias se comporta como partículas y en otras como ondas.

Se acepta que en las ondas de luz participan fenómenos eléctricos y magnéticos; por esta razón, las ondas luminosas se denominan ondas electromagnéticas (y no requieren necesariamente un medio material para propagarse).

Fundamentos de Óptica

Óptica: Es una subdisciplina de la Física que estudia la luz y todos sus fenómenos. La óptica geométrica estudia los fenómenos que origina la propagación rectilínea de la luz.

Fuentes Luminosas y Tipos de Cuerpos

• Fuentes luminosas: Son los cuerpos que emiten luz, ya que transportan algún tipo de energía luminosa. Las fuentes luminosas pueden ser puntuales (que producen sombras) y extensas (que producen sombras y penumbras).
• Cuerpos iluminados: Reflejan la luz de una fuente luminosa que incide sobre ellos.
• Cuerpos opacos: Absorben o reflejan toda la luz que incide sobre ellos, impidiendo su paso.
• Cuerpos reflectantes: Son cuerpos lisos y pulidos (espejos) que reflejan la luz casi en su totalidad.
• Cuerpos transparentes: La luz puede atravesarlos y es posible observar nítidamente otros cuerpos que hay detrás de ellos.
• Cuerpos translúcidos: No permiten que toda la luz los atraviese, y los cuerpos que se encuentran detrás no pueden distinguirse con nitidez.

Reflexión de la Luz

En física, la reflexión es el cambio de dirección de un rayo que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de modo que regresa al medio inicial.

Tipos de reflexión

• Reflexión especular
• Reflexión difusa

Elementos de la reflexión

• Rayo incidente (I): Es el que llega a la superficie.
• Rayo reflejado (R): Es el que vuelve al mismo medio.
• Normal (N): Es la línea perpendicular a la superficie en el punto de incidencia.
• Ángulo de incidencia: Es el ángulo formado por el rayo incidente (I) y la normal (N).
• Ángulo de reflexión: Es el ángulo determinado por el rayo reflejado (R) y la normal (N).

Refracción de la Luz

La refracción de la luz es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Es el fenómeno que se presenta en un rayo cuando incide oblicuamente sobre la superficie de separación de dos medios, y el rayo cambia su dirección y velocidad.

Índice de refracción

El índice de refracción es un número característico de cada medio, relacionado con sus propiedades ópticas. La refracción se debe a un cambio en la velocidad de propagación de la luz cuando esta pasa de un medio a otro. Solo cuando el rayo de luz incide perpendicularmente, se refracta sin desviarse.

Lentes Ópticas

Las lentes son cuerpos transparentes limitados por dos caras, de las cuales al menos una es curva. Según su curvatura, existen dos tipos de lentes:

• Convergentes: Son más gruesas por el centro. (<---->)
• Divergentes: Son más gruesas por el borde. (>----<)

Elementos de una lente

• Centro de curvatura (C y C’): Centros de las superficies esféricas que forman sus caras.
• Eje principal: Línea que une los centros de curvatura.
• Centro óptico (O): Es el centro geométrico de la lente.
• Ejes secundarios: Rectas que pasan por el centro óptico.
• Foco principal (F): En las lentes convergentes, es el punto del eje principal donde convergen los rayos que inciden paralelos a él.
• Distancia focal (f): Es la distancia entre el foco principal y el centro óptico. En las lentes divergentes, la distancia focal se considera negativa.