Principios de Óptica Geométrica: Fenómenos de Reflexión y Refracción, Espejos y Lentes

Fenómenos de Reflexión y Refracción de la Luz

Cuando una onda luminosa llega a la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza, una parte es absorbida, otra es reflejada y otra se refracta. Es importante considerar que:

• La velocidad de la luz es mayor en el vacío que en los medios materiales.
• En el vacío, la velocidad de las radiaciones luminosas no depende de su longitud de onda, sino que es constante; en cambio, en los medios materiales sí que depende de ella.
• La frecuencia de las radiaciones luminosas es igual en el vacío que en los medios materiales, no así la longitud de onda.

Leyes de la Reflexión

1. El rayo incidente, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo reflejado están situados en el mismo plano.
2. El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.

Leyes de la Refracción

1. El rayo incidente, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo refractado están situados en el mismo plano.
2. La razón entre el seno del ángulo incidente i y el del ángulo de refracción r es una constante igual a la razón entre las respectivas velocidades de propagación del movimiento ondulatorio: sen i / sen r = v1 / v2.

Índice de Refracción

En cuanto a la velocidad de la luz, cada medio material está caracterizado por un número que llamamos índice de refracción. Llamamos índice de refracción relativo del medio 2 respecto del medio 1 al cociente de dividir los correspondientes índices de refracción absolutos: n = n2 / n1.

Ley de Snell

Es para la refracción y su fórmula es: n1 * sen i = n2 * sen r.

Ángulo Límite

Es cuando, para un cierto ángulo de incidencia, llamado ángulo límite, el ángulo de refracción r vale 90º.

Reflexión Total

Cuando la luz pasa de un medio más refringente a otro menos refringente (n1 > n2), se denomina reflexión total.

Conceptos Básicos de Óptica Geométrica

• Sistema óptico: Conjunto de superficies que separan medios transparentes, homogéneos e isótropos de diferente índice de refracción.
• Imagen real de un punto objeto: Imagen formada en un sistema óptico mediante la intersección en un punto de los rayos convergentes procedentes del objeto puntual después de atravesar el sistema óptico.
• Imagen virtual de un punto objeto: Imagen formada mediante la intersección en un punto de las prolongaciones de los rayos divergentes formados después de atravesar el sistema óptico.
• Imagen de un objeto extenso: Está formada por las imágenes puntuales de cada uno de los puntos del objeto.

Formación de Imágenes en Espejos

Espejo Cóncavo

Si el espejo es cóncavo, según la posición del objeto, la imagen será mayor o menor y resultará derecha o invertida respecto del objeto:

• Si el objeto está a más distancia del espejo que el centro de curvatura, la imagen es real, invertida y de menor tamaño que el objeto.
• Si el objeto está sobre el centro de curvatura, es real, invertida y del mismo tamaño que el objeto.
• Si el objeto se encuentra entre el centro de curvatura y el foco, la imagen es real, invertida y de mayor tamaño que el objeto.
• Si el objeto se sitúa en el foco, no se forma imagen o bien se forma a distancia infinita, ya que los rayos reflejados son paralelos y no se cortan.
• Si el objeto está entre el foco y el polo del espejo, la imagen es virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto.

Espejo Convexo

La imagen de un objeto formada por un espejo convexo siempre es virtual, derecha y de menor tamaño que el objeto.

Formación de Imágenes en Lentes

Lente Convergente

Las características, el tamaño y la naturaleza de la imagen obtenida en una lente convergente dependen de la posición del objeto sobre el eje óptico:

• Si el objeto está a una distancia de la lente mayor que el doble de la distancia focal, la imagen es real, invertida y de menor tamaño que el objeto.
• Si el objeto está situado a una distancia igual al doble de la distancia focal, la imagen es real, invertida y del mismo tamaño que el objeto.
• Si el objeto está a una distancia mayor que la distancia focal pero menor que el doble de esta, la imagen es real, invertida y de mayor tamaño que el objeto.
• Si el objeto se encuentra sobre el foco de la lente, no se forma imagen o bien se forma a una distancia infinita, ya que los rayos reflejados son paralelos y no se cortan.
• Si el objeto está situado a una distancia de la lente menor que la distancia focal, la imagen es virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto.

Lente Divergente

En las lentes divergentes, la imagen es siempre virtual, derecha y de menor tamaño que el objeto.