Óptica

1. Física para Ciencias de la Computación
Semana 12 - Sesión 2
Óptica Geométrica

2. 06/03/16 2Anthony Macedo
Logro
• Al finalizar la sesión, el estudiante
determinará ángulos de incidencia y
refracción, cuando la luz se propaga
en diferentes medios, usando la ley
de Snell con responsabilidad.

3. 06/03/16 3Anthony Macedo
Agenda de la sesión
1. Saberes previos
2. Reflexión, refracción y reflexión
interna total
3. Ejercicios de aplicación
4. Conclusiones

4. 06/03/16 4Anthony Macedo
Saberes previos
¿Qué aplicaciones tiene la fibra óptica?

5. 06/03/16 5Anthony Macedo
Reflexión especular y difusa
• La reflexión es el cambio en dirección
que experimenta la luz cuando incide
sobre una superficie. En la reflexión tanto
el rayo incidente como el reflejado se
propagan en la mismo medio .
• En la reflexión especular, la ley de
reflexión indica que los ángulos de
incidencia y de reflexión son iguales:
• Además observa que los rayos incidente,
reflejado y la normal están en un mismo
plano.
• En la reflexión difusa no se puede
predecir las características de la radiación
reflejada como en la Fig. anterior.
Rayo
reflejado
Rayo
incidente
superficie
θa θr
ra θ=θ
Rayos
incidentes
Rayos
reflejados
Normal

6. 06/03/16 6Anthony Macedo
Refracción
• La refracción es la desviación del rayo de
luz cuando se propaga de un medio a otro
de diferente densidad, como el fenómeno
que observas en la figura.
• La rapidez v de la luz varía según la
densidad del medio, y está dado por la
expresión:
• Donde n (≥ 1) es un número que
caracteriza al medio y se le llama índice
de refracción.
• Rapidez de la luz en el vacío,
c = 3,00×108
m/s.
Índice de refracción de algunos materiales
ncv =
Compuesto
Índice de refracción
(con luz de λ = 589 nm)
Aire (0 °C) 1,000
Agua 1,333
Benceno 1,501
Etanol 1,362
Vidrio Pyrex 1,474
Vidrio Flint 1,655
Diamante 2,417
Hielo (0 °C) 1,310

7. 06/03/16 7Anthony Macedo
Ley de Snell
• La relación entre los índices de refracción
y los ángulos de incidencia θ1 y refracción
θ2 de la figura anterior, está dada por la
ley de Snell:
Rayo
incidente
Rayo
refractado
Normal
θb
Ángulo de
refracción
θa
Ángulo de
incidencia
θa
Ángulo de
incidencia
bbaa nn θ=θ sensen

8. 06/03/16 8Anthony Macedo
Ley de Snell
• El rayo refractado se desvía más hacia la
normal cuando el medio b tiene mayor
índice de refracción que el medio a, esto
es si nb> na.
• El rayo refractado se desvía alejándose de
la normal cuando el medio a tiene mayor
índice de refracción que el medio b, esto
es si nb < na.
θa
θb
θa > θb
(Se desvía hacia
la normal)
Medio a
Medio b
na
nb
nb > na nb < na
θa
θb
θa < θb
(Se desvía lejos
de la normal)
Medio a
Medio b

9. 06/03/16 9Anthony Macedo
Ilusión óptica

10. 06/03/16 10Anthony Macedo
Espejismos

11. 06/03/16 11Anthony Macedo
Reflexión interna total
• Cuando un rayo se propaga en un
material de índice de refracción mayor na
hacia un material de índice de más
pequeño nb, hay reflexión total interna
cuando el ángulo de incidencia excede el
ángulo crítico θcrit.
Medio b
Medio aFuente de Luz
na > nb
1 2
θa
θb
3θb
θcrit >θcrit >θcrit
4
abcrit nn=θsen

12. 06/03/16 12Anthony Macedo
Fibra óptica
• La luz se entuba en hilos de vidrio, que
poseen valores altos de índice de
refracción, y por donde se propaga la
radiación por reflexión interna total, como
observas en la figura.
• Muy poca intensidad luminosa se pierde
en estas fibras como consecuencia de
reflexiones en los dos extremos.
• Los médicos utilizan esta técnica para
examinar órganos internos del cuerpo o
para realizar cirugías sin hacer incisiones
grandes.
• Los cables de fibras ópticas sustituyen
alambres de cobre y cables coaxiales en
telecomunicaciones, ya que las fibras
pueden conducir un volumen mucho
mayor de llamadas telefónicas u otras
formas de comunicación que los alambres
eléctricos.
Material de alto
índice de refracción
Alrededores de
bajo índice

13. Muchas graciasMuchas gracias
06/03/16 13Anthony Macedo