Óptica parte de la física que estudia la luz

1. III° UNIDAD: ÓPTICA
⚫Parte de la física que estudia todos
los fenómenos relacionados con la
luz

2. Divergentes Convergentes
Planos Esféricos
La luz
Refracción
Reflexión Experimenta
Cóncavos Convexos
Produce
imágenes en
Espejos
Produce
imágenes en
Lentes
Corrigen
Defectos de la visión

3. ⚫Naturaleza de la luz
ENFOQUE HISTÓRICO DE LA
LUZ

4. ISAAC NEWTON 1642 - 1727
⚫ Según Newton en 1671, la luz
consistía en un flujo de pequeñísimas
partículas o corpúsculos sin
masa emitidos por las fuentes
luminosas que se movían con gran
rapidez y en línea recta.
⚫ Explica la formación de la sombra y
la reflexión de la luz.
⚫ Pero no explicaba el fenómeno de la
refracción y la difracción.
⚫ Este modelo fue aceptado por el
prestigio que tenía Newton

5. CHRISTIAN HUYGENS 1629 - 1695
⚫ Este científico holandés en 1678.
⚫ Postulaba que la luz emitida por una
fuente estaba formada por ondas
semejantes a las del sonido y que
necesita un medio material para
propagarse, denominado éter.
⚫ Explicaba:
⚫ La propagación rectilínea de la luz.
⚫ La reflexión de la luz.

6. Niels Bohr
En 1913, el físico danés Niels Bohr (1885-1962),
basándose en los estudios de Max Planck y de
Rutherford, propuso un nuevo modelo de átomo.
✔ Cuando el electrón salta de una órbita a otra,
emite o absorbe un fotón de luz.
✔ Si un electrón salta de una órbita externa a
una más cercana al núcleo, libera energía.
Esta, dependiendo de la magnitud del salto,
puede ser luz visible o cualquier otro tipo de
radiación electromagnética.
✔ Finalmente, a partir de este modelo atómico,
se comprendió cómo se producía la luz y se
retomó el modelo corpuscular de Newton

7. Teoría actual de la luz
⚫ La verdad es que ambos modelos de
Newton y Huygens tiene aspectos de
la teoría actual de la Luz
⚫ En 1924, basándose en los trabajos
de Einstein y Planck, se plantea la
naturaleza dual de la luz, es decir,
la luz muestra propiedades tanto de
ondas como de partículas

8. ¿Qué es la luz?
EN CONCLUSIÓN :
⚫ En el SIGLO XIX se acepta el modelo ondulatorio.
⚫ SIGLO XX: La luz tiene propiedades de onda y
partícula
⚫ La luz viaja por el espacio a través de ondas que llevan el
fotón.
⚫ El fotón NO posee masa y se mueve a la velocidad de la
luz 300000 km/s.
⚫ La energía de la luz es proporcional a la frecuencia de
esta. Esta energía se organiza en el espectro
electromagnético

9. ESPECTRO VISIBLE
Es una pequeña porción del espectro electromagnético
cuyas longitudes de onda oscilan entre los 700 nm (para
el color rojo) y los 400 nm (para el color violeta).
Transporta mayor energía que las ondas infrarrojas.
1 Nanómetro = 1 X 10-9
m

10. Óptica geométrica
⚫ Considera la luz como un rayo luminoso, que viaja
en línea recta. Un rayo luminoso es una abstracción,
que permite representar la luz en forma simplificada.
Sombra y penumbra
Eclipses de sol y luna
La formación de imágenes en espejos
planos y esférico.
La formación de imágenes en lentes.

11. PROPAGACION RECTILINEA DE LA LUZ: La luz se
propaga desde una fuente de luz en una línea
recta.
⚫ Dependiendo de los medios materiales la luz puede interactuar de distinta
forma, y estos se clasifican:
⚫ Transparentes: dejan pasar la luz y se puede reconocer los que esta al
otro lado.
⚫ Opacos: No dejan pasar la luz. Ejemplo una muralla
⚫ Translúcidos: Dejan pasar la luz pero no permiten reconocer lo que esta al
otro lado.

12. Fenómenos que se explican por la
propagación rectilínea de la luz
⚫ Solo sombra:
Foco de luz puntual o
pequeño

13. Sombra y penumbra

14. El eclipse de sol:
Se produce cuando se alinea el Sol, la Luna y la Tierra. La
luna proyecta un cono de sombra y penumbra.
Existen eclipse total y parcial de Sol

16. Eclipse de luna
⚫ Se produce cuando se alinea el Sol, la Tierra y la luna. La tierra
proyecta un cono de sombra y penumbra.
⚫ Se produce eclipse total de luna cuando la luna ingresa al cono de
sombra.
⚫ Se produce eclipse parcial de luna, cuando la luna ingresa a la zona
de la penumbra

17. COMPARANDO ECLIPSE DE SOL Y DE LUNA

18. En la reflexión de la luz:
⚫ No hay cambio de medio, es decir, la onda
incidente y reflejada viajan por el mismo
medio. No cambia:
⚫ La velocidad
⚫ La longitud de ondas
⚫ El periodo
⚫ La frecuencia.

19. LEY DE LA REFLEXIÓN

20. Reflexión especular: Si la luz
incide sobre una superficie
pulida (como un espejo), esta
es reflejada en la misma
dirección, lo que permite que se
formen imágenes en ella.
Reflexión Difusa: Cuando la luz
incide sobre una superficie muy
irregular, esta se refleja en
múltiples direcciones. Por ello, no
es posible que se forme una
imagen en ella. Este tipo de
reflexión nos permite ver todo lo
que nos rodea
Recuerde que existen dos tipos de
reflexión de la luz

21. ESPEJO PLANO:
⚫ SUPERFICIE LISA , PLANA Y BRILLANTE, CAPAZ DE
REFLEJAR LA LUZ
⚫ LA IMAGEN QUE SE FORMA ES:
⚫ Imagen virtual: es la imagen que se forma “dentro” del
espejo, se forma por las prolongaciones de los rayos
reflejados.
⚫ Igual tamaño: el objeto forma una imagen de igual tamaño
que el objeto.
⚫ Derecha: significa que no esta invertida.
⚫ Equidistante: la distancia entre el objeto y espejo, es igual
a la distancia entre la imagen y el espejo.

22. F
L
E
C
H
A

23. Virtual, derecha,
Equidistante, igual
tamaña

24. FORMACION DE IMÁGENES EN
ESPEJOS PLANOS

25. Altura mínima necesaria para verse de
cuerpo entero en un espejo plano.

27. ESPEJOS ANGULARES
⚫ Son espejos planos cuya unión forma un cierto ángulo. Si
se coloca un objeto, se pueden observar varias imágenes,
de acuerdo al ángulo formado. Por ejemplo cuando se
coloca dos espejos planos formando un ángulo de 90°, se
forman tres imágenes y la imagen del centro no presenta
inversión lateral
⚫ Donde: N = número de imágenes
⚫ = Ángulo entre los espejos planos

29. Ángulo N° de
imágenes
30° 11
45° 8
60° 5
72° 4
90° 3
120° 2
180° 1
Espejos paralelos forman
infinitas imágenes.

32. Espejos esféricos
⚫ Son aquellos espejos cuya superficie reflectora pertenece a un
casquete esférico o esfera.

33. ESPEJO CÓNCAVO o convergente
⚫ Son aquellos cuya superficie reflectora es la interna, en un
casquete esférico.
⚫ Se llaman espejos convergentes, ya que un haz de luz paralelo
al eje principal se reflejaran todos hacia un punto llamado
FOCO REAL.

34. ESPEJOS CONVEXOS o divergentes
⚫ Son aquellos cuya superficie reflectora del casquete esférico
es la externa.
⚫ Se llaman espejos divergentes porque un haz de luz paralelo
al eje principal, se reflejará de tal forma que los rayos
reflejados divergen y las prolongaciones de los rayos
reflejados convergen en un punto llamado foco virtual.

35. ESPEJO CÓNCAVO ESPEJO CONVEXO

36. Espejos
cóncavos

37. USOS DE LOS
ESPEJOS
CONVEXOS

38. Elementos de un espejos esférico
EJE PRINCIPAL U ÓPTICO
VÉRTICE: V

39. ⚫ Eje principal u óptico: es una recta imaginaria que
pasa por el punto central del espejo, contiene el foco,
el vértice y el centro geométrico.
⚫ C: Centro geométrico: centro de la esfera a la cual
pertenece el espejo.
⚫ V: Vértice: Es el punto donde el eje principal toca el
espejo.
⚫ F: Foco luminoso: Es el punto medio entre CV,
ubicado sobre el eje principal.
⚫ f: distancia focal: es la distancia entre el foco y el
vértice.

40. RAYOS PRINCIPALES O NOTABLES
1) Un rayo luminoso, que incide paralelo al eje
principal del espejo, se refleja teniendo como
dirección de reflexión el foco.
V V

41. 2) Un rayo luminoso que pasa por el foco (o se
dirige a él) se refleja paralelo al eje óptico.

42. 3) Un rayo de luz, que luego de pasar por el radio de
curvatura (o dirigirse a él) incide en el espejo, se
refleja por la misma trayectoria del rayo incidente.

46. objeto
imagen
características:
Pequeña
Real
invertida

47. Características de la imagen
⚫ Puede ser.
⚫ Derecha o invertida
⚫ Menor ,igual o mayor tamaño
⚫ Real o virtual

48. Repita el ejercicio anterior para
espejo convexo.
Características:
- Pequeña
- Virtual
- Derecha

50. Rayos notables o principales– Espejos cóncavos

51. Rayos notables - espejo convexo

52. Cuadro resumen
ubicación Espejo cóncavo Espejo convexo
Entre el infinito y C INVERTIDA - REAL - MENOR
TAMAÑO
VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO
Sobre C INVERTIDA - REAL - IGUAL
TAMAÑO
VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO
Entre C y F INVERTIDA - REAL - MAYOR
TAMAÑO
VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO
Sobre F NO SE FORMA IMAGEN VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO
Entre F y V VIRTUAL – DERECHA- MAYOR
TAMAÑO
VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO

53. REFRACCIÓN DE LA LUZ
Cuando la onda o frente de ondas cambia de
un medio de propagación a otro distinto,
entonces cambia:
Cambia la velocidad de propagación de las
ondas
Se refractan, es decir su dirección de
propagación cambia.
Se modifica su longitud de onda.
Pero NUNCA se modifica la frecuencia

54. Índice de refracción: n
300000 km/s = 3 x 10 8 m/s

55. RAYO REFLEJADO
RAYO INCIDENTE
RAYO
REFRACTADO

57. LEYES DE LA REFRACCIÓN
⚫ 1) El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en
un mismo plano.

58. 2) Si la luz pasa de un medio de menor a mayor índice de
refracción, el rayo refractado se acerca a la normal y la
velocidad disminuye.

59. 3) Si la luz pasa de un medio de mayor a menor índice de
refracción, el rayo refractado se aleja a la normal y la
velocidad aumenta.

60. Ley de Snell o Descartes
⚫

61. EJEMPLOS DE REFRACCIÓN
⚫ POSICIÓN APARENTE
DE LAS ESTRELLAS
⚫ La atmósfera está hecha
con capas de diferente
densidad y temperatura.

62. REFLEXIÓN TOTAL O INTERNA
⚫ Este fenómeno se produce bajo dos condiciones:
⚫ 1) Que la luz pase de un medio de mayor índice de
refracción a otro de menor índice de refracción.
⚫ 2) Que la luz incida con un ángulo mayor que el ángulo
límite:
⚫ Ángulo límite: Ángulo de incidencia que produce la
máxima refracción. Es decir el ángulo refractado mide 90°

63. REFLEXIÓN INTERNA
⚫ AIRE
⚫ AGU
A

64. Reflexión interna total
⚫ En la superficie de contacto de dos
materiales aparecen la reflexión y la
refracción. Fig a
⚫ Sucede cuando la luz pasa a un
medio con un índice de refracción
mayor y el ángulo de incidencia es
mayor que un cierto ángulo crítico

65. Reflexión interna total

66. ⚫ Éste es un fenómeno diferente, que no tiene que ver con la
interacción con la atmósfera sino con la refracción.
⚫ La atmósfera en ese momento está haciendo como si fuera
una lente, está desviando los rayos del Sol de tal manera
que llegan a nuestros ojos en direcciones diferentes de las
que tienen antes de llegar a la atmósfera. Y por eso vemos
el Sol deformado, achatado.
⚫ Es un efecto de refracción, no de esparcimiento.

67. Ejemplos de reflexión total

70. ¿Cómo se ve desde dentro del agua
hacia afuera y viceversa?
⚫ Fenómeno de
refracción

72. ⚫ La atmósfera tienen
diferente capa y por tanto
diferentes índice de
refracción , entonces la luz
se refracta distorsión de la
forma de la Luna o el Sol en
el horizonte.

73. Reflexión total: fibra óptica
●Guías de luz: son fibras ópticas usadas en comunicación,
medicina, ciencia, decoración, fotografía….

74. LENTES:
⚫ SON SISTEMAS ÓPTICOS CONSTITUIDOS POR UN
MEDIO HOMOGÉNEO Y TRANSPARENTES
LIMITADO POR DOS CARAS ESFERICAS, QUE
DEJAN PASAR LA LUZ Y LA REFRACTAN.
⚫ Pueden tener una cara plana.
⚫ Símbolos de lentes

75. Tipos de lentes

76. Lente convergente o
biconvexa Lente divergente o bicóncava

77. Rayos principales para lentes
⚫ 1) Todo rayo luminoso que incide paralelo al eje principal, se
refracta pasando por el foco.
⚫ 2)Todo rayo luminoso que incide pasando por el vértice o
centro óptico, se refracta sin cambiar de dirección
⚫ 3) Todo rayo luminoso que incide pasando por el foco, se
refracta paralelo al eje principal

78. Resumiendo

82. 1) Todo rayo luminoso paralelo al eje principal, se refracta de
tal forma que la prolongación del rayo refractado pasa por el
foco
2)Todo rayo que incide con dirección al foco, se
refractara paralelo al eje principal
3)Todo rayo luminoso que incide pasando por el vértice
o centro óptico, se refracta sin cambiar de dirección

83. Resumiendo

87. C2 C1
AIRE AIRE
O
f’ f
ACERCO EL OBJETO
IMAGEN
VIRUTAL
DERECHA
VA AUMENTANDO EL
TAMAÑO
PERO SIEMPRE MENOR
QUE EL OBJETO

88. Cuadro resumen
ubicación Lente convergente o biconvexa Lente divergente o bicóncavo
Entre el infinito y C INVERTIDA - REAL - MENOR
TAMAÑO
VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO
Sobre C INVERTIDA - REAL IGUAL
TAMAÑO
VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO
Entre C y F INVERTIDA - REAL - MAYOR
TAMAÑO
VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO
Sobre F NO SE FORMA IMAGEN VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO
Entre F y V VIRTUAL – DERECHA- MAYOR
TAMAÑO
VIRTUAL – DERECHA-
MENOR TAMAÑO

89. EL OJO: ÓRGANO DE LA VISIÓN

90. El ojo
⚫ Su diámetro es aproximadamente 2,5 cm.
⚫ Forma una imagen real, invertida y pequeña
⚫ Posee cuatro medios refractores: la córnea, humor acuoso,
cristalino y humor vítreo.
⚫ Posee dos lente: la córnea de convergencia fija y el
cristalino de convergencia variable

92. 1) Globo ocular mas alargado
2) Exceso de convergencia
3) La imagen se forma delante la retina.
4) Ve mal de lejos y bien de cerca
5) Para su corrección se utiliza un lente divergente
El ojo miope
se caracteriza por:

93. VISION DE UN OJO MIOPE

94. HIPERMETROPÍA
Características
• GLOBO OCULAR MAS ACHATADO
• DEFICIT DE CONVERGENCIA
• IMAGEN SE FORMA DETRÁS DE LA RETINA,
• VE MAL DE CERCA Y BIEN DE LEJOS
• PARA SU CORRECCIÓN SE UTILIZA UN LENTE CONVERGENTE

95. Visión de un hipermetropía

96. Visión ojo con Presbicia
⚫ Defecto adquirido con la edad y el trabajo intelectual.
⚫ El cristalino pierde flexibilidad
⚫ Los músculos ciliares se debilitan.
⚫ El poder de acomodación disminuye.
⚫ El punto próximo se aleja.
⚫ Se presenta entre los 40 a 50 años de edad.
⚫ Se mejora con un lente convergente.
⚫ Ojo miope con presbicia, se corrige con
lente bifocal

97. Dispersión de la luz

98. ⚫ Las gotas de agua actúan como prismas.
⚫ La luz de cada color corresponde a una longitud y frecuencia
distinta.
⚫ No todos los colores se refractan de la misma forma.
⚫ La velocidad luz en el vacío es la misma para todas las longitudes
de onda
⚫ Cada rayo de luz tiene una velocidad distinta dentro de un medio
material.
⚫ Esto se debe a que el material(prisma) presenta un mayor índice
de refracción a los rayos de menor longitud de onda y viceversa.
⚫ La velocidad de la luz dependerá de la longitud de onda.
⚫ Entonces, se dirá que un medio que produce dispersión de la luz
cuando presente esta propiedad.
Dispersión de la luz

99. REFRACCION Y SEPARACION DE
LOS COLORES

103. Un arcoíris es un fenómeno óptico y meteorológico
que consiste en la aparición en el cielo de un arco o más de
luz multicolor.
Los colores se debe la descomposición de la luz solar en
el espectro visible.
El cual se produce por refracción, cuando los rayos
del sol atraviesan pequeñas gotas de agua contenidas en
la atmósfera terrestre.
Es un arco compuesto de arcos concéntricos de colores.
El rojo hacia la parte exterior del arco y el violeta hacia el
interior.
A altitud suficiente, por ejemplo cuando se viaja en avión, el
arcoíris se puede observar en forma de círculo completo.

105. Hasta seis arcoíris se han
observado en Noruega

109. Polarización de la luz
⚫ Sólo se puede presenta en los movimientos ondulatorios
transversales.
⚫ Se produce polarización cuando se consigue que la
vibración se realiza en una dirección determinada

112. INSTRUMENTOS ÓPTICOS:
LUPA

114. v) Polarización de una onda
⚫ Propiedad de las ondas transversales: la vibración es
perpendicular a la dirección de la propagación.
⚫ Se define la dirección de polarización como la dirección de vibración del
campo eléctrico E, el cual determina el plano de polarización