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De qué trata la óptica geométrica

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De qué trata la óptica geométrica

  1. 1. ¿DE QUÉ TRATA LA ÓPTICA GEOMÉTRICA? CONCEPTOS BÁSICOS EN ÓPTICAGEOMÉTRICA. La Óptica geométrica estudia la formación de imágenes por reflexión y/o refracción en los llamados. sistemas ópticos (dioptrios, espejos y lentes), sin considerar la naturaleza ondulatoria o corpuscular de la luz, pues se fundamenta en leyes compartidas por ambos modelos. Estas leyes son: - Ley de propagación rectilínea de la luz. En un medio isótropo (mismas propiedades en todas direcciones) y homogéneo (misma composición en todas sus partes), la luz se propaga en línea recta y en todas direcciones apartir del foco emisor.Lo puedes comprobar si practicas unos orificios en una caja opaca y enciendes una lámpara en su interior;observas, gracias a la existencia en el aire de partículas en suspensión, el camino que sigue la luz en forma de finos haces luminosos rectilíneos. Estos finos haces luminosos se aproximan a la idea teórica de rayo esa línea imaginaria, perpendicular a los frentes de onda, que indica la dirección de propagación de la luz. - Ley de independencia de los rayos luminosos. La acción de cada rayo es independiente de la de los demás. Imagina que tomamos una foto de un objeto con un paisaje de fondo; a continuacion, tapamos el objeto y volvemos a fotografiarlo; esta segunda instantánea nos permite comprobar que, al tapar el objeto del primer plano, sólo se han interceptado los rayos que proceden de él, sin que se vea afectado el resto, por lo que los demás rayos volverán a formar la imagen del paisaje tal y como se apreciaba en la primera fotografía. Leyes de reflexión y refracción de los rayos luminosos. Ya estudiadas con detalle en el tema anterior y en el bloque de ondas, por lo que te remitimos a ellos. De estas leyes se deduce la siguiente ley. - Ley de reversibilidad de las trayectorias de los rayos luminosos. Si se invierte el sentido del rayo reflejado o refractado, convirtiéndolo en incidente, el nuevo rayo reflejado o refractado está situado sobre la trayectoria del rayo incidente original, pero en sentido opuesto. SISTEMA ÓPTICO. Un sistema óptico está formado por un conjunto de superficies que separan medios de diferentes índices de refracción. Si el sistema está formado por superficies transparentes donde sólo tiene lugar la refracción, hablamos de dioptrio. Si el sistema está formado por superficies opacas donde sólo tiene lugar la reflexión, hablamos de espejo. Según el radio de curvatura de las superficies, los sistemas ópticos pueden ser planos o curvos (nosotros sólo consideramos el caso particular de sistemas ópticos esféricos).
  2. 2. La fibra óptica la fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que conduce la luz. Se requieren dos filamentos para una comunicación bi-direccional: TX y RX. El grosor del filamento es comparable al grosor de un cabello humano, es decir, aproximadamente de 0,1 mm. En cada filamento de fibra óptica podemos apreciar 3 componentes:  La fuente de luz: LED o laser.  el medio transmisor : fibra óptica.  el detector de luz: fotodiodo. Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo, manto,recubrimiento, tensores y chaqueta. Las fibras ópticas se pueden utilizar con LAN, así como para transmisión de largo alcance, aunque derivar en ella es más complicado que conectarse a una Ethernet. La interfaz en cada computadora pasa la corriente de pulsos de luz hacia el siguiente enlace y también sirve como unión T para que la computadora pueda enviar y recibir mensajes. Convencionalmente, un pulso de luz indica un bit 1 y la ausencia de luz indica un bit 0. El detector genera un pulso eléctrico cuando la luz incide en él. Éste sistema de transmisión tendría fugas de luz y sería inútil en la práctica excepto por un principio interesante de la física. Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, el rayo se refracta (se dobla) entre las fronteras de los medios. El grado de refracción depende de las propiedades de los dos medios (en particular, de sus índices de refracción). Para ángulos de incidencia por encima de cierto valor crítico, la luz se refracta de regreso; ninguna función escapa hacia el otro medio, de esta forma el rayo queda atrapado dentro de la fibra y se puede propagar por muchos kilómetros virtualmente sin pérdidas. En la siguiente animación puede verse la secuencia de transmisión. IMÁGENES POR REFLEXIÓN Y/O REFRACCIÓN EN DISTINTOS INSTRUMENTOS ÓPTICOS. Los instrumentos ópticos son aparatos cuya finalidad consiste en proporcionar imágenes de objetos. El ojo humano es nuestro instrumento óptico más importante. Además, la invención de otros instrumentos ópticos ha permitido ampliar enormemente nuestro campo de visión (telescopios y microscopios), modificar nuestros hábitos de vida (fotografía, cine, proyectores, holografías –fotos en tres dimensiones-, etc.) y desarrollar nuevas técnicas (periscopios, fibras ópticas, ...).
  3. 3. Los instrumentos ópticos, según proporcionen imágenes reales o virtuales, se clasifican en: - Instrumentos de proyección (u objetivos). Proporcionan imágenes reales, las cuales son recogidas en una pantalla. Ejemplos: el proyector de diapositivas, el proyector de transparencias, el proyector cinematográfico, la cámara fotográfica, nuestro ojo ... - Instrumentos de observación (o subjetivos). Proporcionan imágenes virtuales, las cuales son observadas directamente a través del ojo humano. Ejemplos: la lupa, el microscopio, el anteojo, el telescopio, los prismáticos, el periscopio, ... Utilizamos lo que hemos aprendido sobre formación de imágenes en espejos y lentes para analizar el modo de funcionamiento de diversos instrumentos ópticos, comenzando por el ojo humano. OJO HUMANO. El ojo humano es un órgano sensible a ciertos rayos luminosos, los cuales determinan impulsos nerviosos que, canalizados por el nervio óptico, llegan al cerebro, donde se transforman en la sensación fisiológica de la visión. El ojo consiste básicamente en una esfera gelatinosa de unos 2,5 cm de diámetro y está constituido por tres capas diferentes: - La esclerótica, cubierta exterior protectora, fibrosa, muy dura y opaca, de aspecto blanquecino. Presenta en su parte anterior un abombamiento, en forma de vidrio de reloj, la córnea, membrana transparente que actúa como lente convergente. - La coroides, membrana intercalada entre la esclerótica y la retina, pigmentada en negro, absorbe la luz dispersa. En su parte anterior, al nivel de la córnea, forma el iris, un disco pigmentado responsable del color de los ojos y que actúa como un diafragma muscular cuya abertura regula el paso de la luz a través del orificio central, conocido como pupila .El iris se sitúa en la cámara anterior del globo ocular, entre la córnea y el cristalino, inmerso en el humor acuoso, un líquido de índice de refracción casi idéntico al del agua. El cristalino es una lente biconvexa o convergente elástica constituida por unas 22.000 láminas transparentes de índice de refracción variable (desde 1,38 en las láminas periféricas a 1,40 en las láminas del núcleo). Situado inmediatamente detrás del iris, está sujeto por sus extremos al globo ocular mediante los músculos ciliares que, según la presión que ejercen, hacen que el cristalino se abombe más o menos, variando así su curvatura y, en definitiva, su distancia focal, lo que permite la adaptación de la vista y el enfoque adecuado de la imagen del objeto sobre la retina. El cristalino separa la cámara anterior del globo ocular de la posterior, rellena del humor vítreo, una sustancia gelatinosa
  4. 4. transparente de índice de refracción muy similar al del agua y que constituye la mayor parte de la masa ocular.

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