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ÓPTICA
La óptica es la parte de la física que estudia los fenómenos de la luz. Se divide en
tres ramas:
Óptica Geométrica: estudia la naturaleza particular de la luz.
Óptica Física: se ocupa de la naturaleza ondulatoria.
Óptica Cuántica: estudia la interacción de la luz con átomos y moléculas.
La Luz
Consiste en radiación electromagnética teniendo características de partícula y
ondulatorias. La luz se genera como una forma de energía a partir de una transición
electrónica en el átomo de una sustancia.
Propagación de la luz
La luz en un medio homogéneo se propaga en línea recta, constituyendo un haz
de rayos luminosos. La velocidad de propagación de la luz en el vacío es de 320.000
km/seg.
Fuentes luminosas
Son todos aquellos cuerpos que emiten radiación luminosa. Pueden ser naturales
como el sol y las estrellas, o artificiales como las lámpara, velas, etc.
Fuente Puntual
Es una fuente luminosa cuyas dimensiones son muy pequeñas respecto de la
distancia que la separa de los objetos iluminados, como por ejemplo las estrellas.
Unidades
De acuerdo con las leyes de la fotometría, la unidad de iluminación resulta del
cociente entre las unidades de intensidad y el cuadrado de las unidades de longitud
(distancia). Debemos pues definir en primer lugar la unidades de intensidad:
Unidades de Intensidad:
Para determinar las unidades de intensidad se utiliza como parámetro de
referencia un metal en fusión, pues la luz emitida en el punto de fusión es constante al
igual que su temperatura.
Candela (cd): intensidad luminosa de una abertura de 1/60 cm2, perpendicular a
la dirección de iluminación, por la radiación de platino a la temperatura de solidificación.
Violle : unidad de intensidad luminosa producida por una superficie de 1 cm2 de
platino al estado de fusión.
La equivalencia entre estas dos unidades vistas es:
1cd = 1/20 violle
ÓPTICA GEOMÉTRICA
La óptica geométrica estudia la luz desde el punto de vista corpuscular, es decir,
analiza los rayos luminosos como un flujo de partículas luminosas.
Leyes de la Óptica Geométrica
1ª Ley: La luz se propaga en línea recta.
2ª Ley: los rayos de un haz luminoso son independientes entre sí.
3ª Ley: Ley de Reflexión
4ª Ley: Ley de Refracción.
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REFLEXIÓN DE LA LUZ
Cuando hacemos incidir un rayo de luz sobre una superficie pulida, una parte de
la luz atraviesa la superficie pero otra parte se refleja.
Leyes de la Reflexión
1ª Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado pertenecen a un mismo
plano
2ª Ley: El ángulo que forma el rayo reflejado con la normal (ángulo de reflexión) es
igual al ángulo que forma el rayo incidente con la normal (ángulo de incidencia).
Espejos Planos
Una superficie perfectamente pulida constituye un espejo plano.
Imagen de un espejo plano
La imagen es virtual pues se forma por la prolongación de los rayos reflejados. En
los espejos planos, la imagen siempre es virtual.
Espejos Esféricos
Una superficie esférica perfectamente pulida constituye un espejo esférico. Si la
superficie pulida es la exterior el espejo es convexo, si es la interior, es cóncavo.
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Componentes de un espejo esférico
La distancia focal es la mitad del radio de curvatura, es decir
f = R/2
Marcha de rayos en espejos cóncavos
1- Todo rayo que incide paralelamente al eje principal, se refleja pasando por el
foco.
2- Todo rayo que incide pasando por el foco, se refleja paralelo al eje principal.
3- Todo rayo que incide pasando por el centro de curvatura se refleja sobre sí
mismo.
En este caso, como el objeto se encuentra atrás del centro de curvatura, se
obtiene una imagen real, invertida y de menor tamaño. Según la posición del objeto S se
pueden obtener distintos tipos de imágenes:
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Espejos convexos
En este tipo de espejos, siempre se presenta un solo tipo de imagen: virtual,
derecha y de menor tamaño que el objeto.
Marcha de rayos en espejos convexos
1- Todo rayo que incide paralelamente al eje principal, al reflejarse, su
prolongación pasa por el foco.
2- Todo rayo incidente cuya prolongación pasa por el foco, se refleja paralelo al
eje principal.
3- Todo rayo incidente cuya prolongación pasa por el centro de curvatura se
refleja sobre sí mismo.
Fórmula de Descartes
Es una ecuación matemática que relaciona las posiciones del objeto y la imagen
con la distancia focal
Tamaño de la Imagen
Se puede determinar analíticamente la altura de la imagen a partir de la siguiente
ecuación matemática:
REFRACCIÓN DE LA LUZ
Si un rayo de luz pasa de un medio transparente a otro de distinta densidad, ( por
ejemplo: aire - agua ), se desvía de su dirección primitiva. La refracción es el fenómeno
en el que un rayo de luz se desvía al atravesar la superficie de separación de dos medios
transparentes.
Leyes de la Refracción
1ª Ley: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en un mismo plano.
El ángulo que forman el rayo refractado con la normal se denomina ángulo de refracción
2ª Ley: el seno del ángulo de incidencia es inversamente proporcional al índice de
refracción del medio incidente y el seno del ángulo de refracción es inversamente
proporcional al índice de re refracción del medio en que se refracta. Esto se conoce
como Ley de Snell.
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Todo rayo que pasa a un medio más refringente, tiende a acercarse a la normal y
viceversa.
Índice de Refracción ( n )
El índice de refracción de un medio cualquiera es el cociente entre la velocidad
de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en dicho medio.
Construcción del rayo refractado
DIOPTRAS
Se denomina dioptra a la superficie de separación de dos medios con diferente
índice de refracción. Pueden ser planas como la lámina de caras paralelas y los prismas o
esféricas como las lentes.
Tipos de lentes delgadas
Las lentes convergentes son aquellas que al ser atravesadas por un haz de rayos
paralelos provocan la convergencia de dichos rayos hacia un punto. También se las
denominan lentes positivas, pues la potencia de estas lentes es positiva. Por el contrario,
la lentes divergentes tienden a separar los rayos y por eso se las denominan lentes
negativas (su potencia siempre es negativa).
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INSTRUMENTOS ÓPTICOS
EL OJO HUMANO
COMPONENTES DEL OJO HUMANO:
Esclerótica: membrana externa blanca del ojo.
Córnea: membrana fibrosa transparente con n= 1.376 y espesor variable entre 0.8 y 1mm.
Coroides: membrana con pigmentos negros que sirve de cámara oscura.
Retina: membrana interna que recubre el fondo del ojo, constituída por 10 hileras
celulares con conos ( captan los colores) y bastoncillos (captan la luz). Es la película
fotográfica del ojo donde se forma la imagen.
Humor Acuoso: solución salina con n=1.336
Iris: diafragma opaco que regula la entrada de luz al ojo a través de la pupila.Está
constituído de fibras musculares lisas y su diámetro varía de 2 a 8 mm
Cristalino: lente biconvexa (10 y 8 mm de radio y 4 mm de espesor ) formada por capas
fibrosas superpuestas con índices que varían entre 1.386 y 1.404, lo cual le permiten mayor
convergencia.
Músculos ciliares: tejido muscular que varía la curvatura de las capas del cristalino
cambiando la distancia focal para formar imágenes sobre la retina ( acomodación).
Humor Vítreo: solución salina con n=1.339
Fovea: zona alrededor del eje óptico del ojo donde hay mayor sensibilidad ( solo hay
conos).
Punto Ciego: unión del nervio óptico con la retina. En este punto la visión es nula por
ausencia de conos y bastoncillos.
Nervio Óptico: transmisor de las señales luminosas hacia el cerebro.
Punto Remoto: punto más distante que el ojo puede captar sin acomodación ( 15 m a
infinito)
Punto Próximo: punto más cercano que el ojo puede captar con acomodación y sin
cansancio. Sus valores varían de acuerdo a la edad ( Tabla de Höber):
10 años: 7 cm
20 años: 10 cm
30 años: 14 cm
30 años: 14 cm
40 años: 22 cm
50 años: 40 cm
60 años: 100 cm
70 años: 400 cm
Potencia del ojo: oscila con la edad, correspondiendo a los 20 años una potencia de 10
dioptrías, a los 60, 1 dioptría y a los 75 años es nula.
Marcha de Rayos
De los rayos que inciden sobre la córnea, unos se reflejan y otros la atraviesan,
penetrando a través del humor acuoso y llegando al iris, el cual solo deja pasar los rayos
paralelos y próximos al eje óptico, evitando la cáustica de reflexión. El cristalino
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concentra los rayos y forma la imagen en la fovea de la retina.
Poder Separador del ojo o agudeza visual
Capacidad del ojo para distinguir dos objetos próximos. El ángulo visual para que
el ojo normal distinga dos objetos es de 1 minuto. Así para distinguir dos objetos a 30 cm
deben estar separados entre sí 0.1 mm; a 30 m ,1cm; a 300 m, 10 cm; a 3000 m ,100 cm.
Defectos Visuales
Un ojo normal, denominado emétrope, es aquel que observa nítidamente objetos
situados en el punto remoto.
Miopía
Se debe a la mayor convergencia de rayos que en un ojo normal, con lo cual la
imagen se forma delante de la retina. Se corrige con lentes divergentes.
Hipermetropía
Menor convergencia de los rayos que en el ojo normal, con lo cual la imagen se
forma detrás de la retina. Se corrige con lentes convergentes.
Astigmatismo
Es un defecto que no permite enfocar líneas verticales y horizontales con nitidez.
Se debe a irregularidades en las curvaturas de los distintos medios refringentes. Se corrige
mediante lentes cilíndricas colocadas con su eje de acuerdo con el plano en que se
verifica el defecto.
Presbicia
Es un tipo de hipermetropía que consiste en la imposibilidad de acomodación del
cristalino. Con la edad se va perdiendo el poder de acomodación con lo cual las
personas mayores sufren de este tipo de defecto visual, y por ello para leer de cerca
deben acomodar el libro o diario a una determinada distancia. Se corrige con lentes
convergentes.
Dicromatopsia o Daltonismo
Consiste en la confusión de colores como por ejemplo rojo y verde o amarillo y
azul. Cuando el daltónico no ve el rojo se denomina protanopia, si no distingue el verde,
deuteranopia. Es muy raro en mujeres y en algunos casos pueden existir ojos incapases de
percibir colores ( acromasia)
LUPA O LENTE DE AUMENTO
Es una lente biconvexa de pequeña distancia focal. El objetivo se coloca entre el
foco y la lente obteniéndose una imagen virtual, derecha y de mayor tamaño que actúa
como objeto del sistema óptico del ojo.
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MICROSCOPIO ELEMENTAL
Está formado por dos lentes biconvexas, la primera actúa como objetivo con
distancia focal chica que produce una imagen real e invertida que sirve de objeto de la
segunda lente denominada ocular y de distancia focal mayor.
CÁMARA FOTOGRÁFICA
Es una cámara oscura que posee una lente o sistema de lentes convergentes que
constituyen el objetivo. La imagen producida, real e invertida, se impresiona en una
película fotográfica.
BIBLIOGRAFÍA: Curso de Física de Carlos R. Miguel Ed. El Ateneo.
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