Download Geometric Optics - Colegio Miguel de Cervantes, Punta Arenas.

OPTICA
GEOMÉTRICA

Como el Sol no es una fuente puntual, el cono
de sombra que se produce al interponerse la
Tierra o la Luna incluye zonas o regiones de
Penumbra y otras más oscuras llamadas zonas
de Umbra.
ECLIPSE DE LUNA
ECLIPSE DE SOL
Eclipse lunar
Eclipse de Sol
Solar
Eclipse
ESTUDIO DE LOS ESPEJOS
La óptica geométrica utiliza:
 el concepto de rayo para representar
la propagación rectilínea de la luz.
 la Ley de Reflexión.
 fuentes puntuales de luz.
I.-ESPEJOS PLANOS
imágen
objecto
LEYES DE REFLEXIÓN
normal
1) El rayo incidente, el rayo
reflejado y la normal están
contenidos en el mismo plano.
Rayo
reflejado
Rayo
incidente
θr θi
Espejo
2) El rayo incidente y el rayo
reflejado forman igual ángulo
respecto de la línea normal.
TIPOS DE REFLEXIÓN
FORMACIÓN DE IMÁGENES EN ESPEJO
PLANO
IMAGEN DE UN PUNTO
LUMINOSO
Q es la imagen de P
IMAGEN DE UN OBJETO
do
di
ho
hi
Resumiendo:
La altura del objeto y la altura de la imagen son iguales.
La distancia objeto espejo es igual es igual a la distancia imagen espejo.
La imagen es virtual, o sea, los rayos de luz parecen provenir de la imagen.
La imagen es derecha, o sea, se orienta igual que el objeto.
ESPEJOS PERPENDICULARES
Espejos en un ángulo cualquiera a
Experimentando con espejos para diferentes ángulos entre ellos
Se encuentra que la relación con el número de imágenes que se
forman es:
𝟑𝟔𝟎
𝑵° =
−𝟏
𝜶

Ejercicio 1:
Si a = 90° ¿Cuántas imágenes se forman?

Ejercicio 2:
Si el número de imágenes formadas es 29, ¿en qué
ángulo se deben poner los espejos?
ESPEJOS ESFERICOS
Un espejo esferico es parte de una superficie
esferica. Si sobre el incide
un haz de rayos
paralelos, cada rayo del haz reflejado pasa por un
punto llamado foco.
ESPEJO CÓNCAVO
espejo
Eje optico
C
C: centro de curvatura
F: foco
V: vertice
FV : distancia focal, tal que CF=FV
F
V
FORMACION DE IMAGENES
1: el rayo que incide paralelo al
eje óptico se refleja pasando por el
foco.
 Rayo
 Rayo
2: el rayo que pasa por el foco o
incide en la dirección del foco se refleja
paralelo al eje óptico.
 Rayo
3: el rayo que pasa por el centro
de curvatura o incide en su dirección, se
devuelve por el mismo camino.
RAYO 1
espejo
Eje optico
C
F
V
RAYO 2
espejo
Eje optico
C
F
V
RAYO 3
espejo
Eje optico
C
F
V
ESPEJO CONCAVO
Cuando el objeto se ubica mas alla del centro de curvatura la
imagen es real, invertida y mas chica que el objeto.
EN LA REALIDAD…
ESPEJO CONCAVO
Si el objeto se ubica entre el foco y el vértice del espejo cóncavo,
la imagen es virtual, derecha y más grande que el objeto.
EN LA REALIDAD…
ESPEJO CONCAVO
ESPEJO CONVEXO
Cuando un objeto se ubica frente a un espejo convexo, la
imagen siempre es virtual, derecha y más chica que el objeto.
LA REALIDAD
LENTES
Lente convergente
Lente divergente
RAYOS PRINCIPALES EN LENTES
Rayo 1: El rayo que incide paralelo al eje optico se refracta pasando
por el foco del lado contrario al objeto o siguiendo la direccion
de la recta que une el foco con el objeto.
Rayo 2: El rayo que incide segun la direccion del foco del lado contrario
al objeto, se refracta paralelo al eje optico.
Rayo 3 : El rayo que incide en el vertice del lente no se desvia.
LENTE CONVERGENTE
• Imagen real
• Orientacion invertida
• De mayor medida que el objeto
I
O
• Imagen virtual
• Orientacion derecha
• Mas grande que el objeto
I
F1
O
F2
LENTE DIVERGENTE
La formacion de imagenes en este lente es igual al espejo convexo,
es decir, siempre es virtual, derecho y mas peque;a que el objeto.
EL OJO
OJO
OJO NORMAL
La mayor parte de los objetos que a diario observamos están
fuera de la distancia focal del ojo. Al cristalino llega un haz de
rayos paralelos que se refracta y formando una imagen real e
invertida del objeto sobre la retina.
OJO NORMAL
El cristalino se estira y “adelgaza” para
enfocar correctamente los objetos lejanos.
OJO NORMAL
Para objetos cercanos, el cristalino adapta su enfoque aumentando
su espesor y asi enfocar correctamente los objetos cercanos.
PROBLEMAS DE LA VISIÓN
El miope tiene
dificultades en la
visión lejana de
objetos.
En términos opticos,
el cristalino forma la
imagen antes de la
retina.
MIOPIA
UN OJO ALARGADO ES UNA CONDICIÓN
NATURAL DEL OJO MIOPE.
CORRECCION MIOPIA
Un lente bicóncavo o
divergente abre los
rayos antes de ingresar al
cristalino. De esta forma la
Imagen se forma sobre la
retina.
HIPERMETROPIA
El ojo hipermétrope
tiene problemas en la
visión cercana de
objetos.
De acuerdo al esquema,
forma las imágenes
detrás de la retina.
UN OJO APLANADO ES UNA
CONDICION NATURAL DE
HIPERMETROPIA
HIPERMETROPÍA Y SU CORRECCIÓN
Se corrige usando una
lente convergente que
cierra el haz de rayos
antes de entrar al
cristalino.
PRESBICIE
Es un tipo de hipermetropía que aparece con la
edad ( ~40 años ) tanto en hombres como en
mujeres. Obviamente se corrige con el uso de
lentes convergentes o biconvexos.
OJO NORMAL (CRISTALINO
TRANSPARENTE)
OJO CON CATARATAS
Pérdida de transparencia del cristalino. La luz proveniente de los
objetos se refracta con dificultad en el cristalino y no forma imagen
sobre la retina.
MAS SOBRE REFRACCION DE LA
LUZ
Cuando un rayo de luz incide en angulo en la separacion de dos medios
se refracta y cambia su direccion de propagacion, dependiendo de los
indices de refraccion de los medios. Sin embargo la frecuencia de la luz
incidente y la refractada es la misma, es decir , la luz cambia de medio
alterando su rapidez, longitud de onda pero no su frecuencia o periodo, o
sea mantiene su color.
El rayo se refracta primero al
entrar al vidrio y se acerca a la
normal. Luego se refracta al pasar
al aire, recuperando el angulo inicial
de incidencia
normal
aire
θi
vidrio
θr
θi
θr
normal
aire
INDICE DE REFRACCION
Se define como el cuociente entre la rapidez de la luz en vacio
y la rapidez que la luz alcanza en dicho medio. Se simboliza
con una n.
𝒄
𝒏=
𝒗
𝒏: 𝒊𝒏𝒅𝒊𝒄𝒆 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒇𝒓𝒂𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏
c: rapidez de la luz en el vacio, 𝟑 ∙ 𝟏𝟎𝟖 𝒎/𝒔
v: rapidez de la luz en el medio.
MIENTRAS MAYOR SEA EL INDICE DE
REFRACCION DE UN MEDIO, MENOR
SERA LA RAPIDEZ DE LA LUZ EN ESE
MEDIO.
REFRACCION DESDE UN MEDIO DE
MENOR A OTRO DE MAYOR INDICE
El rayo refractado se acerca
a la linea normal
REFRACCION DESDE UN MEDIO DE
MAYOR A OTRO DE MENOR INDICE
El rayo refractado se aleja
de la linea normal
REFLEXION TOTAL INTERNA
Cuando un rayo de luz se refracta desde un medio de mayor
indice a otro de menor indice, existe un angulo de incidencia
a partir del cual el rayo refractado desaparece y solo ocurre reflexion
en el limite o frontera de los medios, llamada reflexion total interna.
De izquierda a derecho, el angulo de incidencia es cada vez mayor y el rayo
refractado se aleja cada vez mas de la normal, hasta que no pasa al medio
de arriba. Para ese angulo de incidencia, al que se le llama angulo limite, el
rayo de luz permanence en el medio de abajo, o sea, se refleja totalmente.
INSTRUMENTOS OPTICOS
TELESCOPIOS
Reflector
Refractor
TELESCOPIO
REFLECTOR(NEWTON)
LENTE OCULAR
PRISMA RECTO
ESPEJO CONCAVO
TELESCOPIO
REFRACTOR(HUYGENS-GALILEO)
LENTE OCULAR
LENTE OBJETIVO
ESPEJO PLANO