Física D

Naturaleza de la luz La luz tiene una naturaleza dual: partículas y ondas.

La óptica física (ondulatoria) estudia los fenómenos ondulatorios de la luz: interferencia, difracción y polarización.

La óptica cuántica (corpuscular) estudia los fenómenos corpusculares de la luz: efecto fotoeléctrico, efecto Compton.

La óptica geométrica estudia los fenómenos luminosos para los cuales es irrelevante la naturaleza de la luz: reflexión y refracción.

Naturaleza de la luz Según Newton, las fuentes luminosas emiten corpúsculos muy

livianos que se desplazan a gran velocidad y en línea recta. Podemos fijar ya la idea de que esta teoría además de concebir la propagación de la luz por medio de corpúsculos, también sienta el principio de que los rayos se desplazan en forma rectilínea.

Como toda teoría física es válida en tanto y en cuanto pueda explicar los fenómenos conocidos hasta el momento, en forma satisfactoria.

Newton explicó que la variación de intensidad de la fuente luminosa es proporcional a la cantidad de corpúsculos que emite en determinado tiempo.

La reflexión de la luz consiste en la incidencia de dichos corpúsculos en forma oblicua en una superficie espejada, de manera que al llegar a ella varía de dirección pero siempre en el mismo medio.

Mediciones de la rapidez de la luz

c 2.3 108 m/s

Método de Roemer Método de Fizeau

c 3.1 108 m/s

•La luz se desplaza en línea recta.

•Esta suposición conduce al modelo de rayos de luz.

•Esta aproximación supone que una onda viaja por un medio uniforme en líneas rectas en la dirección de los rayos.

La aproximación de rayos en óptica geométrica

Esta aproximación es válida aun cuando la onda llegue a una abertura circular cuyo diámetro es mucho más grande en relación con la longitud de onda.

Reflexión de la luz Cuando la superficie reflectante es muy lisa ocurre una reflexión de

luz llamada especular o regular. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:

El rayo incidente, el rayo reflejado y la recta normal, deben estar en el mismo plano (mismo medio), con respecto a la superficie de reflexión en el punto de incidencia.

El ángulo formado entre el rayo incidente y la recta normal es igual al ángulo que existe entre el rayo reflejado y la recta normal.

θi = θr

Leyes de la reflexión

Para superficies planas, los rayos incidente y reflejado están en el mismo plano que la normal a la superficie.

El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

θi = θr

Refracción de la luz

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente, sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell.

El ángulo de refracción, 2, depende de las propiedades de los dos medios y del ángulo de incidencia:

El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están en un mismo plano.

Ley de Snell La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno

del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entenderse como el producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice de refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción. Donde: n1 = índice de refracción del primer medio, θ1= Ángulo de Incidencia, n2 = índice de refracción del segundo medio y θ2 = ángulo de refracción.

Principio de Huygens Todos los puntos de un frente de onda determinado se toman como

fuentes puntuales de la producción de ondas secundarias esféricas, llamadas ondulaciones, las cuales se propagan hacia fuera del medio con rapidez característica de las ondas en ese medio. Después de que ha transcurrido cierto tiempo, la nueva posición del frente de onda es la superficie tangente a las ondulaciones.

Reflexión Total Interna

Se denomina reflexión interna total al fenómeno que se produce cuando un rayo de luz, atravesando un medio de índice de refracción n más grande que el índice de refracción en el que este se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente.Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico, θc. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción.

º90sinsin 21 nn c

1

2sinn

nc

OPTICA GEOMETRICA.

Formación de imágenes.EspejosEsféricos:•Cóncavos.•Convexos.Lentes:Delgadas: Convergentes y divergentes.Por refracción.Por otros sistemas.

Ondas electromagnéticas.Ecuaciones de Maxwell.

ESPEJOS ESFERICOS.

Cóncavos:

*Real

*Reducida

*Invertida

*Real

*Mismo tamaño

*Invertida

OC F

I

OF

No existe imagen.

*Virtual

*Ampliada

*Erguida.

OC F

OC F

Convexos:

*Virtual

*Reducida

*Erguida

Todo rayo cuya proyección pase por el foco al incidir sobre un espejo esférico se reflejara paralelamente al espejo óptico.

El objeto tiene que estar en la línea óptica para poder utilizar estos criterios.

F CO

Convergentes:

Rayos Refractados Paralelos.No se forma imagen o ella se forma en el infinito.

Rayo Que pasa por el C.O.

Rayo Paralelo

Objeto

Imagen

Divergente:

Como se ve los rayos refractados no se encuentran sino que divergen, luego se deben prolongar los rayos refractados hacia atrás.

Objeto

Rayo Focal

Rayo Paralelo

Imagen

Formulas:

El signo de la distancia focal f depende del espejo y del lente si es que el espejo es cóncavo o el lente es convergente la f será positivo +.

Si el espejo es convexo o el lente divergente la f será negativa -.

Si la q es positiva representa una imagen real y si es negativa una virtual.

Por Refracción.

CO

n1 n2

P

i

r

I

H

p q

APROXIMACIÓN PARAXIAL1-RAYOS CON ÁNGULO MUY PEQUEÑO CON

RESPECTO AL EJE ÓPTICO2- LA DISTANCIA ENTRE O Y LA PROYECCIÓN DE H ES

DESPRECIABLE

’

P – PUNTO OBJETO

I – PUNTO IMAGEN, TRAS LA REFRACCIÓN ENTRE AMBOS MEDIOS

R

Formula:

Otros sistemas.

El ojo: Es el instrumento óptico que nos permite ver, enfocar, distinguir colores.

Formula: 1/f = Potencia.

Refracción en el ojo humano.

Lupa: es un instrumento óptico cuya parte principal es una lente convexa que se emplea para obtener una visión ampliada de un objeto.

Aumento angular:

Microscopio: Ver con gran aumento un objeto pequeño situado a una corta distancia.

Aumento lateral:

Aumento angular:

Aumento total:

Telescopio: instrumento óptico que permite ver objetos lejanos con mucho más detalle que a simple vista.

Poder de aumento de un telescopio:

LA LUZ Y LAS ONDAS ELECTROMÁGNETICAS

Síntesis Electromagnética. Ecuaciones de Maxwell

0

int.

QSdE

S

1ª.- El flujo de campo eléctrico a través de una superficie cerrada es proporcional a la carga encerrada en dicha superficie.

0. S SdB2ª.- El flujo de campo magnético a través de

una superficie cerrada es nulo.

SC

SdBdt

dldE

..3ª.- Campos magnéticos variables producen

campos eléctricos.

SC

SdEdt

dIldB

.. 000 4ª.- Campos eléctricos variables producen

campos magnéticos.

En 1865 James Clerk Maxwell unifica las teorías de la electricidad y del magnetismo en cuatro ecuaciones que representan la síntesis electromagnética.