LA ÓPTICA Y SU DIVISIÓN:

La óptica es la rama de la física que estudia la luz y los fenómenos que produce.

Para su estudio la óptica se puede dividir de la siguiente manera:

a) Óptica geométrica: Estudia fenómenos y elementos ópticos mediante el empleo de líneas rectas y geometría plana.

b) Óptica física: Estudia los fenómenos ópticos con base en la teoría del carácter ondulatorio de la luz.

c) Óptica electrónica: Trata los espectros cuánticos de la luz.

La propagación de la luz:

La luz se propaga por medio de ondas electromagnéticas en una línea recta a una velocidad aproximada de 300 mil km/s en el vacío.

Onda electromagnética

Una onda electromagnética es la que se propaga en el vacio, un ejemplo de esto es la luz .

Tipos de cuerpos:

Opaco: Un cuerpo opaco es aquel que no permite el paso de la luz a través de él, por tanto si recibe rayos luminosos proyectara una sombra definida.

Transparente: Un cuerpo transparente permite el paso de los rayos luminosos, por lo que se ve con claridad cualquier cuerpo colocado al otro lado de él.

Traslúcido: Un cuerpo traslúcido deja pasar la luz, pero la difunde de tal manera que las cosas no pueden ser distinguidas claramente a través de él.

División de la óptica

Tipos de cuerpos

INTENSIDAD LUMINOSA

La fotometría es la parte de la óptica cuyo objetivo es determinar las intensidades de las fuentes luminosas y las iluminaciones de las superficies.

Al observar todas las cosas de nuestro alrededor encontraremos que algunas de ellas emiten luz y otras la reflejan. A los cuerpos productores de luz, como el sol, un foco, una hoguera o una vela, se les nombra cuerpos luminosos o fuentes de luz. A los cuerpos que reciben rayos luminosos, como el caso de un árbol, una mesa, una piedra, una pelota, nosotros mismos, etc... Se les denomina cuerpos iluminados. La intensidad luminosa es la cantidad de luz producida o emitida por un cuerpo luminoso. Para cuantifica la intensidad luminosa de una fuente de luz, se utiliza en el SI la candela (cd) y en el CGS la bujía decimal (bd)

FLUJO LUMINOSO

Es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal (perpendicular) a los rayos de luz. La unidad del flujo luminoso en el SI es el (lu). Un lumen es el flujo luminoso recibido durante un segundo por una superficie de 1 m2, limitada dentro de una esfera de 1m de radio y en cuyo centro se encuentra una fuente con una intensidad luminosa de una candela

ILUMINACIÓN Y LEY DE LA ILUMINACIÓN

La iluminación es la cantidad de la luz que reciben las superficies de los cuerpos, su unidad de medida es el lux (lx). Un lux es la iluminación producida por una candela o una bujía decimal sobre una superficie de 1m2 que se encuentra a un metro de distancia.

1 lux = 1 candela = 1 bujía decimal

m2 m2

La equivalencia entre una potencia de un watt en un foco y la intensidad luminosa

1 watt = 1.1 candelas = 1. Bujía decimal.

Por tanto, un foco de 40 watts equivalente de 44 candelas o bujías decimales.

Una superficie está iluminada cuando recibe una cierta cantidad de luz. Es muy importante para nuestra salud, contar con una iluminación adecuada según la actividad que vayamos a realizar.

Ley de la iluminación o Ley de inversa del Cuadrado. Es una consecuencia de la propagación en línea recta de la luz. La iluminación E que recibe una superficie es directamente proporcional a la intensidad de la fuente luminosa I, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d que existe entre la fuente y la superficie. Matemáticamente se expresa como:

E = I

d2

Donde: E = iluminación expresada en lux (lx).

I = intensidad de la fuente luminosa calculada en candelas (cd).

D= distancia entre la fuente luminosa y la superficie medida en metros.

Leyes del a reflexión de la luz

Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo esta se refleja total o parcialmente en todas direcciones. Si la superficie es lisa como en un espejo, los rayos son reflejados o rechazados en un salo dirección

Toda superficie refleja los rayos de luz recibe el nombre de espejo

Un espejo común como los utilizados en casa o en los automóviles consta de una pieza de cristal a la cual se le deposita una capa delgada de plata en una de sus caras y para proteger dicha capa se recubre con pintura.

Al rayo de luz que llega a espejo se le nombra incidente y al rayo rechazado por el se le llama reflejado

Existen 2 leyes de reflexión propuestas por descartes son:

1-el rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano2-el angulo de reflexión es igual al angulo de incidencia

EspejoEs una superficie lisa y pulida que refleja una luz. Y se divide en:

Espejos Planos: Son aquellos cuya superficie reflejante es lisa.

Al unir dos espejos planos por uno de sus lados con un cierto angulo. El numero de imágenes se calcula con la expresión:

N=

Espejos esféricos

Los espejos esféricos tienen la forma de la superficie que resulta cuando una esfera es cortada por un plano. Si la superficie reflectora está situada en la cara interior de la esfera se dice que el espejo es cóncavo. Si está situada en la cara exterior se denomina convexo.

Cuando el objeto se coloca frente a un espejo esférico cóncavo entre el foco y el centro de la curvatura, la imagen que se obtiene de él será: real y, por lo tanto, invertida: de mayor tamaño que el objeto y se formara después del centro de curvatura. Si el cuerpo se coloca entre el foco y el vértice, la imagen obtenida de él será virtual, porque se ve aparentemente dentro del espejo; derecha y de mayor tamaño que el objeto, si se ubica con exactitud en el foco del espejo, no se obtendrá ninguna imagen.

Debido a las características de la imagen que se forma de un espejo esférico convexo, se utilizan en los espejos retrovisores de los autobuses y en las entradas y salidas de un estacionamiento, avenidas y viaductos muy transitados.

REFRACCIÓN DE LA LUZ.

La refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a la superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferente densidad. Si éstos inciden perpendicularmente a la superficie de separación de las sustancia, no se refractan.

La causa que origina la refracción de la luz es el cambio en la velocidad de los rayos luminosos al penetran a un medio de diferente densidad. Los rayos oblicuos que llegan a superficie de separación entre dos medios se llaman incidentes y los que se desvían al pasar por ésta se les nombran refractados.

La desviación sufrida por un rayo luminoso dependerá del medio al cual pasa. A mayor densidad. El rayo se acercara a la normal y si el medio tiene una menor densidad, se aleja de ella.

Leyes de la refracción.

Primera ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran siempre en el mismo plano.

Segunda ley: Para cada par de sustancias transparentes, la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, tiene un valor constante que recibe el nombre de refracción n.

Matemáticamente esta ley se expresa:

n = Sen i

Sen r

La segunda ley se conoce también como Ley de Snell, por se el astrónomo y matemático holandés Willebrord Snell (1951-1626), quien la descubrió. El índice de refracción también puede calcularse con el cociente de las velocidades del primero y segundo medios, por lo que:

n = Sen i = V1

Sen r V2

Donde:

n= índice de refracción (adimensional)

I = ángulo de incidencia.

r = ángulo de refracción

V1 = Valor de la velocidad de la luz en el primer medio en km/s

V2 = valor de la velocidad de la luz en el Segundo medio en km/s.

La velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil km/s, mientras que en el aire es de 299 030 km/s y en agua es de 255 mil km/s. La relación entre lasa velocidades de la luz en el vacío y un medio, recibe el nombre de índice de refracción del medio.

Sustancia Índice de refracciónAire 1.003

Agua 1.33Alcohol 1.36Vidrio 1.5

Diamante 2.42

LAS LENTES Y SUS CARACTERÍSTICAS

Las lentes son cuerpos transparentes limitados por dos superficies esféricas o por una esférica y una plana. Se emplean a fin de desviar los rayos luminosos con base en las leyes de la refracción, para su estudio se dividen en convergentes y divergentes.

COVERGENTES:

Son aquellos cuyo espesor va disminuyendo del centro hacia los bordes, razón por la cual su centro es más grueso que sus orillas.

Tienen la propiedad de desviar los rayos hacia el eje y hacerlos converger en un punto llamado foco.

DIVERGENTES:

El espesor disminuye de los bordes hacia el centro, por lo que los extremos son más gruesos y desvían los rayos hacia el exterior, alejándolos del eje óptico de la lente.

Cuadro. ÍNDICES DE REFRACCIÓN

Las lentes Convergentes se utilizan para obtener márgenes reales de los objetos, tal es el caso de las cámaras fotográficas o bien para corregir defectos visuales de las personas hipermétropes.

Las lentes divergentes se utilizan para corregir la miopía.

En las lentes convergentes, cualquier rayo luminoso que pase en forma paralela a su eje principal. En las lentes divergentes, el rayo que pase de forma paralela a su eje principal, al refractarse se separa como si procediera de un foco.

PARTES PRINCIPALES DE UNA LENTE:

Eje principal, recta que pasa por el centro óptico y por los focos; L-L plano central de la lente que es perpendicular al eje principal E.P; C centro óptico de la lente, cuando un rayo luminoso pasa por el no sufre ninguna desviación; F foco principal, puntos donde se cruzan los rayos que llegan a la lente en forma paralela al eje principal, equivale a la distancia focal, y es aquella distancia entre el centro óptico y el foco; 2F es la doble distancia focal.

POTENCIA DE UNA LENTE

La potencia se mide en dioptrias y es igual a la inversa de la distancia focal en metros:

p= lf

Puede apreciarse, la potencia de una lente será mayor si su distancia focal es menor y viceversa

TELESCOPIO Y MICROSCOPIO

TELESCOPIO

Ese nombre se le da a aquellos instrumentos que sirven para observar los astros. Existen 2 tipos de telescopios: los refractores y los reflectores.

REFRACTORES: Es un gran anteojo constituido por un objetivo y un ocular localizados en los extremos de un tubo.

Consta de un lente convergente que recoge luz y proyecta una imagen real al otro extremo; dicha imagen es enfocada y ampliada por el ocular.

REFLECTOR: En lugar de ser un lente convergente es un espejo cóncavo, generalmente parabólico, que refleja rayos luminosos y los concentra en un foco; cerca de él, un espejo los desvía para que la imagen real se forme fuera del tubo en un punto fácil de observar desde el exterior.

MICROSCOPIO

Con el se pueden ver objetos muy pequeños que el ojo humano no logra observar ni aun auxiliándose con una lupa.

Consta de un ocular formado por dos lentes convergentes y funciona como una lupa, dando una imagen virtual y aumentada de la figura real proyectada por el objetivo.

Generalmente se dispone de varios oculares, cada uno de ellos lleva impreso el aumento que produce: x10, x100, x1000, etc.

El objetivo y el ocular se hallan montados en un tubo con una ranura en la cual embona la rampa del bastidor, de tal modo que el ocular pueda deslizarse a lo largo del tubo para acercarse o alejarse del objeto a observar.