Óptica y Acústica: Refracción, Lentes, Visión y Propagación del Sonido

Refracción de la Luz

La refracción de la luz es un fenómeno que consiste en el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio a otro en el que se propagan con distinta velocidad.

El rayo que se mueve en el primer medio se denomina rayo incidente y el que se mueve en el segundo medio se llama rayo refractado. La línea imaginaria perpendicular a la superficie se denomina normal.

El ángulo que forma el rayo incidente con la normal se llama ángulo de incidencia (i) y el ángulo que forma el rayo refractado con la normal se denomina ángulo de refracción (r)

Las leyes que cumple la refracción son las leyes de Snell de la refracción:

• El rayo incidente, el refractado y la normal están en un mismo plano perpendicular a la superficie.
• El rayo refractado se acerca a la normal cuando pasa de un medio en el que se propaga a mayor velocidad a otro en el que se propaga a menor velocidad. Por el contrario, el rayo refractado se aleja de la normal cuando pasa de un medio en el que se propaga a menor velocidad a otro a mayor velocidad.

Lentes

Las lentes son cuerpos transparentes limitados por dos superficies, al menos una de ellas debe ser curva. Se clasifican en:

Lentes convergentes

Son lentes más gruesas por el centro que por los extremos. Cuando la luz atraviesa una lente convergente, los rayos de la luz se acercan. Las imágenes que producen pueden ser mayores, menores, derechas, invertidas o no producir imágenes.

Tipos de lentes convergentes:

• Biconvexa
• Plano convexa
• Menisco convergente

Lentes divergentes

Son más delgadas por el centro que por los extremos. Cuando la luz la atraviesa, los rayos de luz se alejan. Las imágenes que producen son siempre menores y derechas.

Tipos de lentes divergentes:

• Bicóncava
• Plano cóncava
• Menisco divergente

El Ojo Humano

Está formado por una capa transparente esférica llamada córnea y una lente convergente denominada cristalino, capaz de formar una imagen de los objetos sobre la superficie interna del ojo, la retina, que es sensible a la luz. En esta capa es donde se encuentran los bastones y los conos, que son las células sensibles a la luz.

Recorrido de un Rayo de Luz en el Ojo

La luz atraviesa la córnea y llega al iris, que se contrae con la luz y se expande en la oscuridad, así regula la cantidad de luz que penetra a través de un orificio denominado pupila. Posteriormente, los rayos de luz atraviesan el cristalino, que es una lente convergente unida a unos músculos ciliares. Estos músculos tienen como función cambiar la curvatura de la lente para poder enfocar objetos a diferentes distancias. Este mecanismo se denomina acomodación. Al final se forma una imagen real e invertida en la retina, cuya parte más sensible y de mayor agudeza visual se llama fóvea.

Por último, la información de las imágenes se lleva al cerebro por medio del nervio óptico.

Hay defectos de visión: miopía e hipermetropía

Propagación del Sonido

Cuando tocas una zambomba con las manos, el cuero, en su vibración, empuja el aire provocando que el aire se comprima y aumente la presión.

Cuando el cuero se mueve hacia el otro lado, sucede lo contrario y el aire sufre una expansión, llamada rarefacción, con lo que disminuye la presión.

Todas estas compresiones y expansiones se transmiten a lo largo del aire, es decir, el sonido se transmite a lo largo del medio. También puede propagarse en cualquier gas, o en medios sólidos y líquidos.

El sonido es una onda de presión.

Las ondas sonoras son ondas longitudinales, es decir, el sentido de las variaciones de presión es el mismo que el de avance de la onda sonora.

Velocidad del Sonido

El sonido es una onda, por lo tanto, se caracteriza por su velocidad.

La velocidad del sonido depende de la naturaleza del medio en el que se propaga. El medio debe ser elástico para que puedan transmitirse las vibraciones a través del él.

El sonido se propaga mejor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mejor que en los gases.

La velocidad del sonido se define como el espacio recorrido por el sonido entre el tiempo empleado en recorrer ese espacio o también la longitud de onda entre el periodo o la longitud de onda por la frecuencia (m/s)

Si el medio es homogéneo, la velocidad del sonido es constante.

Reflexión del Sonido: Eco y Reverberación

Una de las manifestaciones de la reflexión del sonido es el eco.

Para distinguir el sonido mediante el oído, se debe superar el denominado tiempo de persistencia acústica, que es de una décima de segundo (0,1s)

Durante este tiempo el espacio que recorre el sonido es de 34 m (20ºC – 340 m/s)

Por lo tanto, la distancia mínima que debe estar una superficie para que el sonido se refleje y produzca eco, debe ser de 17m, ya que el sonido recorrerá 17 m hasta la superficie, se reflejará y recorrerá otros 17 m hasta nosotros. Percibiremos dos sonidos, primero el sonido emitido y después el reflejado.

El obstáculo no puede ser muy pequeño porque si no lo rodea en vez de reflejarse.

La reverberación se produce cuando la superficie o el obstáculo está a una distancia inferior a los 17 m. Nuestro oído no puede distinguir dos sensaciones sonoras distintas, y los dos sonidos se perciben como una prolongación del primer sonido.

Cualidades del Sonido

Hay 3 cualidades del sonido:

• Intensidad: es la magnitud que da idea de la cantidad de energía que transporta la onda sonora. Podemos hablar de sonidos fuertes que transportan mucha energía y sonidos débiles si transportan poca energía. Cuanto mayor sea la energía, más intensa será.

Se distinguen: