Luz y Sombra: Reflexión y Refracción en Espejos y Lentes

Luz y Sombra: Conceptos Fundamentales

• Umbra: La sombra total que produce un objeto opaco al interceptar la luz.
• Penumbra: Sombra parcial, zona de transición entre la luz plena y la oscuridad total.

Leyes Fundamentales de la Reflexión

La reflexión de la luz se rige por el principio de que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal (línea perpendicular a la superficie en el punto de incidencia) se encuentran en el mismo plano.

Tipos de Reflexión

• Reflexión Especular: Ocurre en superficies pulidas, donde a cada rayo incidente le corresponde un único rayo reflejado, formando el mismo ángulo con la normal. Ejemplo: el reflejo de montañas en el agua.
• Reflexión Difusa: Se produce en superficies rugosas. La normal varía en cada punto, dispersando la luz en múltiples direcciones.

Principio de Fermat

"La luz, al viajar de un punto a otro, sigue la trayectoria que minimiza el camino óptico recorrido".

Imágenes en un Espejo Plano

• Mundo Virtual: El espacio detrás del espejo, donde no existen rayos luminosos reales, sino proyecciones imaginarias.
• Mundo Real: El espacio donde se encuentran los objetos y los rayos de luz.

La imagen virtual en un espejo plano tiene la misma orientación vertical que el objeto real (está derecha), pero la orientación horizontal se invierte. La imagen virtual es del mismo tamaño que el objeto real.

Campo Visual de un Espejo

El campo visual está delimitado por los rayos de luz que llegan al ojo desde los extremos del espejo. Los rayos provenientes de los objetos llegan al ojo con el mismo ángulo respecto a la normal en el punto de reflexión.

Espejos Curvos

Al igual que en los espejos planos, un rayo de luz que incide en un punto de la curvatura del espejo forma un ángulo con la normal en ese punto. Los espejos curvos pueden ser cóncavos (curvados hacia adentro) o convexos (curvados hacia afuera).

Espejos Cóncavos

Si rayos de luz paralelos inciden en un espejo cóncavo, convergen en un punto llamado foco.

Leyes de Reflexión en Espejos Cóncavos

• Un rayo luminoso que incide paralelo al eje principal del espejo se refleja en dirección al foco.
• Un rayo luminoso que pasa por el foco del espejo se refleja paralelo al eje principal.
• Un rayo luminoso que incide en el vértice del espejo se refleja formando el mismo ángulo de incidencia.
• Un rayo luminoso que pasa por el centro de curvatura del espejo se refleja sobre sí mismo.

Espejos Convexos

Cuando un grupo de rayos paralelos incide en un espejo convexo, estos divergen (se separan) al reflejarse. Si proyectamos estos rayos, pareciera que provienen de un punto detrás del espejo: el foco virtual.

Leyes de Reflexión en un Espejo Convexo

• Un rayo luminoso que incide paralelo al eje principal del espejo se refleja con una dirección que parte desde el foco.
• Un rayo luminoso que incide en dirección al foco se refleja paralelo al eje principal.
• Un rayo luminoso que incide sobre el vértice del espejo se refleja con igual ángulo de incidencia.
• Un rayo luminoso con dirección al centro de curvatura del espejo se refleja sobre sí mismo.

Refracción de la Luz

La refracción es el cambio de dirección y velocidad que experimenta la luz al pasar de un medio a otro de distinta densidad. Cuando un rayo incide oblicuamente sobre una superficie que separa dos medios, una parte se refleja y otra se refracta.

Lentes

Una lente es un medio transparente (vidrio, cuarzo, material sintético) limitado por dos superficies, de las cuales al menos una es curva. Según la forma de sus superficies, las lentes pueden ser convergentes o divergentes.

Lentes Convergentes

Tipos de lentes convergentes:

• Biconvexas.
• Plano-convexas.
• Menisco convergente (cóncavo a la izquierda).

Tipos de Imagen en Lentes Convergentes

• Imagen Real: Se forma cuando el objeto se sitúa fuera de la distancia focal. La imagen es real e invertida.
• Imagen Virtual: Se forma cuando el objeto se sitúa entre el foco y la lente. La imagen es virtual, derecha y de menor tamaño.

Lentes Divergentes

Los rayos luminosos que viajan paralelos al eje óptico se refractan como si partieran del foco de la lente.