Principios Esenciales de Óptica Geométrica y Comportamiento de la Luz

Conceptos Fundamentales de Óptica Geométrica

Índice de Refracción

El índice de refracción determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo. A mayor índice de refracción, menor velocidad de la luz.

Rayo Luminoso

El rayo luminoso es la dirección rectilínea que sigue la luz en su propagación, pudiendo ser parte de un haz convergente o divergente.

Imagen Óptica (Geométrica)

La imagen óptica (geométrica) es una figura formada por el conjunto de puntos donde convergen los rayos que provienen de fuentes puntuales del objeto tras su interacción con el sistema óptico.

Interacción de la Luz con la Materia

Reflexión y Absorción de la Luz

La reflexión y absorción de la luz es una propiedad de la luz que consiste en el rechazo y cambio de dirección que sufren los rayos luminosos al chocar contra una superficie que no pueden atravesar. Los cuerpos opacos absorben algunos de los colores y reflejan otros.

Leyes de la Reflexión

• 1. Los rayos luminosos incidente y reflejado y la normal están en el mismo plano.
• 2. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión respecto a la normal.

Tipos de Reflexión

• Reflexión regular: Cuando el rayo incidente es perpendicular a la superficie, entonces se refleja sobre sí mismo.
• Reflexión difusa: Cuando la luz incide en una superficie no pulimentada, los rayos reflejados salen en todas las direcciones.

Refracción de la Luz

La refracción de la luz ocurre al pasar de un medio a otro, variando la velocidad con la que se propaga. Cuando los rayos inciden perpendicularmente al medio, solo varía la velocidad de la luz. Cuando los rayos inciden oblicuamente, varía la velocidad de la luz y la dirección de propagación.

Leyes de la Refracción

• 1. El rayo incidente, refractado y la normal son coplanares.
• 2. Al pasar en forma oblicua de un medio de menor a mayor refringencia, el rayo se desvía acercándose a la normal; su velocidad de propagación disminuye.
• 3. Al pasar de mayor a menor refringencia, el rayo se desvía alejándose de la normal, y su velocidad aumenta.

Ley de Snell y Descartes

Según la Ley de Snell y Descartes, los senos de los distintos ángulos de incidencia y refracción se mantienen constantes para un mismo par de medios.

Ángulo Límite y Reflexión Total Interna

Si el ángulo de incidencia es el ángulo límite, entonces el rayo luminoso no pasa al segundo medio, sino que se propaga en la dirección de la superficie. Si el ángulo de incidencia es mayor al ángulo límite, la luz se refleja completamente, lo que se conoce como reflexión total interna.

Lentes Ópticas

Focos de una Lente

Los focos de una lente son los puntos donde convergen los rayos paralelos entre sí después de refractarse.

Dioptría

La dioptría expresa el poder de refracción de una lente o su potencia.

Construcción Geométrica de Lentes

Lentes Convergentes

• Todo rayo que pasa paralelo al eje principal se refracta pasando por el foco imagen.
• El rayo que pasa por el centro óptico no varía al atravesar la lente.
• El rayo que pasa por el foco objeto se refracta paralelo al eje principal.

Importante: Las lentes convergentes siempre generan imágenes reales cuando el objeto está fuera de la distancia focal, y virtuales cuando está dentro de la distancia focal.

Lentes Divergentes

• Todo rayo que pasa paralelo al eje principal se refracta de tal manera que su prolongación pasa por el foco imagen.
• El rayo que pasa por el centro óptico no varía al atravesar la lente.
• El rayo que llega a la lente en una dirección tal que su propagación pasa por el foco objeto se refracta paralelamente al eje principal.

Nota: La imagen es siempre virtual, derecha y menor que el objeto, situada entre el foco y la lente, del mismo lado que el objeto.