Óptica Geométrica: Reflexión, Refracción y Lentes

Óptica Geométrica: Reflexión y Refracción de la Luz

Espejos Cóncavos

Un espejo cóncavo, también conocido como convergente, tiene una superficie reflectante curvada hacia adentro. Los rayos de luz que inciden paralelamente al eje principal convergen en un punto llamado foco (F) después de la reflexión. La imagen formada por un espejo cóncavo depende de la posición del objeto, pero generalmente es real, invertida y más pequeña que el objeto cuando se encuentra entre el foco y el centro de curvatura (C).

Espejos Convexos

sólo producen imágenes virtuales y
derechas de un objeto que se encuentra frente a ellos. Las
imágenes son disminuidas, o sea más pequeñas que el
objeto, en tamaño.

IMAGEN VIRTUAL Son aquellas que
se observan en el interior de un
espejo una lente, etc., en el punto
donde se encuentran las
prolongaciones de los rayos
luminosos divergentes que llegan al
ojo del observador.

Si la superficie de un espejo que refleja la luz es la que se

encuentra curvada hacia “afuera”, este recibe el nombre

de convexo o divergente. Esto se debe a que los rayos

reflejados en un espejo convexo divergen como si vinie-

ran desde el foco cuando viajan en forma paralela al eje

principal, tal como se muestra en la imagen del costado.

Características de la refracción de la luz

La refracción de la luz ha sido explicada por los físicos como el fenómeno por el cual los rayos de luz
experimentan un cambio en la dirección de su propagación cuando cambian de un medio a otro, ya que
su rapidez es distinta en cada medio.

La “torcedura” de una bombilla dentro de un vaso con agua es evidencia de este fenómeno, el mismo
que observaron diferentes investigadores, siglos atrás, cuando descubrieron la “curvatura” de la luz al
atravesar cuencos llenos de agua.?

En el año 984, el persa Ibn Sahl descubrió una manera de determinar los ángulos de refracción
utilizando lo que actualmente conocemos como ley de Snell. Si bien esta ley fue formulada de manera
independiente por varios investigadores en diferentes épocas, su descubrimiento se le atribuye el
astrónomo Willebord Snel, también conocido como Snellius, quien la publicó en 1621.

Esta expresión nos permite determinar el cambio

de rapidez que experimenta la luz cuando cambia

de medio. Así, por ejemplo, un rayo de luz que

pasa de un medio a otro medio cuyo índice de

refracción es mayor (imagen A), ve reducida su

rapidez, lo que provoca que el rayo se acerque

a la normal. Por el contrario, si la luz pasa de un

medio a otro cuyo índice de refracción es menor

(imagen B), verá aumentada su rapidez y se

alejará de la normal.

Formación de imágenes con lentes

Habitualmente, llamamos lente al instrumento que utilizan las personas para subsanar ciertos problemas
en su visión. Sin embargo, esta es solo una de las tantas aplicaciones de las lentes.

La lupa es un ejemplo de lente convergente. En general, las lentes, han sido clasificadas en dos grupos
según la curvatura que posean. Así, se distinguen las lentes convergentes y las divergentes, las cuales
forman imágenes características dependiendo de la ubicación a la que se encuentre el objeto. Para ello,
es necesario determinar los elementos principales que utilizaremos para construir los diagramas de rayos
respectivos.

Lentes divergentes

Las lentes divergentes se caracterizan por ser más delgadas en su centro que en los

bordes. Debido a esto, tienden a dispersar los rayos de luz que inciden sobre ellas.

Así, cuando los rayos inciden sobre una lente divergente, se refractan, separándose

unos de otros. En este caso, la luz se refracta de forma tal, que esta parece provenir

del foco, tal como se muestra el siguiente modelo.

~~~~~IMPORTANTE ~~~~~~~

La imágenes reales son aquellas que se forman por
intersección de rayos luminosos que emergen del
sistema óptico, mientras que las imágenes
virtuales son aquellas que se forman por intersección
de las prolongaciones hacia atrás de los rayos
emergentes.

Gracias a las leyes de la refracción podemos inferir que, cuando un rayo de luz pasa a un medio con
mayor índice de refracción, se acerca a la normal; por el contrario, cuando pasa a un medio con un
índice de refracción menor, se aleja de la normal. En este último caso, pueden darse dos situaciones
excepcionales, las cuales se describen en la siguiente imagen.

Aplicaciones

Una de las aplicaciones más importantes del conocimiento que se tiene sobre la reflexión interna total es
la fibra óptica. Esta consiste en un tubo formado por dos capas: la interior es un cristal con índice de
refracción muy alto; la exterior es un plástico de índice de refracción menor. En consecuencia, cada vez
que la onda llega a la superficie de separación de ambos medios, se produce una reflexión interna total,
tal como se muestra en la representación gráfica.

Instrumentos ópticos

La invención de las lentes dio inicio a una verdadera revolución científica, pues hizo posible, por ejemplo,
que veamos más allá de lo que nuestros ojos nos permiten. Ciencias como la astronomía, la biología y la
medicina deben parte de su desarrollo a la invención de los instrumentos ópticos, que constituyen el
principal uso de las lentes