1. LA LUZ
Nicolás Moreno Díaz de la Riva.
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2. RAYO
Es una línea dibujada en el espacio
que corresponde a la dirección del
flujo de la energía radiante.
10. Las fuentes de los rayos de luz mas frecuentes pueden ser:
1.Objetos que emiten luz por diferentes razones, las mas normales son saltos
entre niveles de traslación, vibración, rotación o electrónicos de átomos
moléculas iones u otras especies.
2. En segundo lugar cuerpos en los que inciden los rayos anteriores y los
reflejan. Estos cuerpo se llaman objetos reales, si existen realmente o virtuales
si no existen y se forman con prolongaciones de rayos reales.
De todos estos infinitos rayos que viajan en todas direcciones tendremos en
cuenta solo algunos: Para simplificar:
Rayos que parten o llegan a un punto 1.Rayo que pasa por el
situado en el eje óptico.
centro óptico.
Entre estos están los que parten 2.Rayos paralelos al eje
de la parte inferior del objeto.
óptico.
Rayos que parten o llegan al 3.Rayos que llegan o
extremo superior del objeto real o
salen del foco.
virtual.
Rayos que provienen a van al infinito. En el
limite, esta situación produce rayos
paralelos.
13. REFLEXIÓN
Es el fenómeno por el cual el rayo
incidente sigue propagándose por el
medio incidente.
14. REFLEXIÓN
ESPECULAR
Es la reflexión que se da en una superficie
lisa. La luz se dirige en una dirección.
15. REFLEXIÓN DIFUSA
Es la que se da en una superficie rugosa.
Los rayos se reflejan en todas direcciones.
16. LEYES DE LA
REFLEXIÓN
1ª) La dirección del rayo incidente la normal y el
rayo reflejado están en el mismo plano.
2ª) El ángulo de incidencia con la normal es igual
al ángulo de reflexión.
32. ÓPTICA PARAXIAL
Es aquella en la cual el tamaño del objeto es muy
pequeño en relación con el espacio objeto por lo que los
rayos que salen de el son paralelos al eje óptico y los
ángulos que forman los rayos con dicho eje son muy
pequeños. El seno se considera igual al ángulo.
44. PUNTO IMAGEN (O´)
Cuando estos rayos se encuentran ante un
sistema óptico puede suceder que después de
reflejarse o refractarse converjan en otro punto
O´ a este se le llama punto imagen.
46. OBJETO E IMAGEN
REAL
Es aquel en el que los rayos salen de O y se
cortan realmente en O´
47. OBJETO E IMAGEN
VIRTUAL
Si los rayos salen divergentes y se pero se
cortan sus prolongaciones en sentido
contrario se dice que la imagen es virtual.
49. ESPACIO OBJETO
(s)
Es el espacio geométrico donde puede haber
objetos tanto reales como virtuales.
El plano que contiene al objeto se llama plano
objeto.
50. ESPACIO IMAGEN (s
´)
Es el espacio geométrico donde existen
imágenes tanto reales como virtuales.
51. Se considera que los rayos son
positivos si van de izquierda a
derecha por tanto el espacio objeto
es positivo si está a la izquierda y
negativo si esta a la derecha.
62. ESTIGMATISMO DE
UN SISTEMA
Un sistema se llama estigmático si todos los
rayos que salen de O pasan real o virtualmente
por O´ después de atravesar el sistema.
71. Los rayos que inciden paralelos entre
sí aunque no paralelos con el eje x se
cortan en un punto del plano focal.
72.
73. ALGUNOS SISTEMAS PARA NIVEL
DE 2º DE BACHILLERATO.
Foco puntual que emite luz.
Película finísima, interface.
Lámina de caras plano paralelas.
Esfera.
Espejo.
Lente delgada.
Prisma.
Varias lentes delgadas.
74. LA ESFERA COMO
SUPERFICIE
ÓPTICA
Cuando un rayo incide sobre una superficie esférica de
índice de refracción n y de radio R se refracta dando
una imagen a una distancia diferente de la distancia
objeto la relación entre ellas.
84. Una lente se considera
como un sistema óptico
formado por dos superficies.
Las dos superficies suelen
aproximarse a superficies esféricas
pero una de ellas puede ser plana o
de otro tipo.
88. MODELO
CRPUSCULAR D E
LA LUZ
La fuente luminosa emite partículas
llamadas fotones cuya energía es h ν y
viajan a la velocidad de la luz.
89. MODELO
ONDULATORIO
El modelo ondulatorio considera a la luz
como una serie de ondas esféricas
cuyos frentes de onda son superficies
esféricas concéntricas con centro en el
punto donde se origina la perturbación.
90. TEORÍA
ELECTROMAGNÉ-
TICA
La luz visible y otra como la infrarroja son
una perturbación electromagnética que se
propaga en forma de ondas.
92. enunció en 1905 que la luz se
propaga en el espacio vacío
siempre con velocidad c la cual es
independiente del estado de
movimiento del cuerpo emisor, las
ondas electromagnéticas se
pueden propagar sin necesidad de
un medio que las sustente.
94. Se basa en un circuito LC
El condensador cargado entre sus
armaduras existe un campo
eléctrico que almacena la energía
que se suministró para separar las
cargas entre las armaduras.
95. Cuando se cierra el interruptor el
condensador comienza a
descargarse.
Al circular la corriente eléctrica por
la autoinducción se crea un campo
magnético en la autoinducción y se
almacena en ella energía en forma
de energía magnética.
96. A continuación la corriente
comienza a disminuir y el
condensador se carga en sentido
contrario.
En el condensador y en la
bobina se producen campos
eléctricos y magnéticos variables
pasando por valores máximos y
cambiando la polaridad.
100. Este sistema emite energía en
forma de ondas electromagnéticas
que son esféricas y tienen la
misma frecuencia que la de
oscilación del circuito.
101. Una radiación electromagnética es
un movimiento ondulatorio
caracterizado por ondas
transversales en las que la
propagación de los campos E y B
son siempre perpendiculares entre
si y ambos a la vez lo son a la
dirección de la onda.
102. COHERENCIA
La diferencia de fase entre dos ondas
debe ser constante para cada punto del
espacio independientemente del tiempo.
103. RESUMEN i=r
Rayos paralelos aleje
óptico.
n1seni=n2sent
i=r
Rayo que pasa por el c
centro óptico. n=
v
y´ s´ 1 1 1
A= =− = +
y s f so si
Notas del editor
El rayo se dibuja con una flecha que indica su dirección se parece a un vector pero no se dibuja el punto de aplicación. Es útil considerar que es de longitud infinita. El rayo se sitúa en un sistema de referencia x-y. El eje x se llama eje óptico. La intersección de x e y o punto (0,0) en un sistema de referencia cartesiano se puede llamar centro óptico. Al contrario que en los demas sistemas de referencia normales en el bachillerato la parte positiva es la izquierda y la negativa la derecha.
Si encontramos un rayo que no tiene longitud infinita lo prolongaremos para que así sea. Esta prolongación la llamaremos virtual para diferenciarla de la parte real. En su camino el rayo real o virtual puede encontrarse obstáculos pasando o no pasando por ellos. Si pasa tendremos los fenómenos de refracción, difracción, dispersión….si no pasa reflexión, absorción… si se encuentra con otros rayos, interferencia y difracción. La difracción se produce cuando el rayo obedece al principio de Hyggens, dependiendo de si se encuentra con un obstáculo materia o con otro rayo.
Por motivos de razonamiento posterior, la luz la consideramos que se propaga rectilíneamente desde – infinito a + infinito. El hecho de que un conjunto de rayos provenga o llegue al infinito da lugar en el límite (idealización matemática) a que estos rayos sean paralelos.
La reversibilidad es una propiedad que aplicaremos para razonar con rayos. Siempre podemos visualizar una situación cambiando la dirección de los rayos. Muchas veces se simplifica el problema pues nos recuerda una situación similar.
Si encontramos un conjunto de rayos que inciden en un punto, para razonar dará igual que incidan o que salgan. Por este motivo, el foco imagen se puede considerar el punto que emite rayos que salen paralelos del sistema.
Las fuentes de emisión o absorción de rayos se llaman objetos y pueden ser puntuales y s erepresentn por un punto o no puntuales y se representan por un vector ( o una flecha) perpendicular al eje óptico. Si nos encontramos un problema y tenemos que hacer un dibujo, en este curso de 2º de bachillerato de adultos, solo consideraremos: rayos paralelos al eje óptico, rayo que pasa por el centro óptico y rayos que inciden o salen del foco. Si dan un objeto, puntual o no, tenemos que aprender a dibujar esos rayos.
A lo largo de la historia de la humanidad muchos hombres con paciencia han observado la naturaleza y por ello han descubierto fenómenos. Estos fenómenos son realidades de hecho… Datos…. Estos fenómenos son susceptibles de diferentes interpretaciones. Aquí vamos a exponer fenomenos luminosos que es preciso entender bien no preocupándose demasiado de su interpretación.
Un medio es, por ejemplo, el aire, otro el vidrio, otro el agua, el aceite …etc. La luz viaja por ellos con velocidad máxima de 300 000 km/s en el vacio. En otros medios disminuye su velocidad. ¿Por qué razón?. Por ahora no nos interesa. Parece como si a la luz le costara mas pasar por un medio que por otro, como a un nadador le cuesta mas nadar por agua salada a pesar de que flota mejor. Da la impresión de que existe una especie de densidad del medio que esta relacionada con el índice de refracción de este. Parece además que la luz actua en la reflexión como si algo rebotara.
Se usa la letra i para el ángulo de incidencia y r para el de reflexión en la refracción que empieza por r no se usa r sino t es decir t es ángulo del rayo transmitido.
A veces se usa la expresión medio mas denso el que tiene un mayor índice de refraccion y menos denso para el que tiene menor índice de refracción.
Desde Einstein a principios del siglo pasado sabemos que c es la máxima velocidad posible de ahí se deduce que en índice de refracción es siempre mayor que 1.
La luz se puede considerar una onda electromagnética por lo cual los campos eléctricos y magnéticos se pueden superponer(se suman o restan los vectores campo) como s superponían los mas en las ondas. Esto es la interferencia. El tratamiento matemático es realmente lo difícil aquí.
La difracción se entiende mas fácilmente si se entiende el principio de Hyggens.
Como en toda onda, existe una vibración si es armónica es un mas. La luz no es material, no existe partícula vibrante. Lo que vibra es el vector campo, que tampoco es material sino la representación que nosotros hacemos de una propiedad del espacio tiempo. Los vectores campo eléctrico y magnetico d ela luz( mutuamente perpendiculares) vibran en infinitos planos polarizar la luz es conseguir que vibren en un plano.
Si consideramos que los rayos parten del infinito y llegan al infinito, siempre podremos tener un sistema paraxial.
El punto objeto se asemeja a un proyector o cañón luminoso que se ha empequeñecido a un punto pero que sigue emitiendo la misma luz. Además esta en el suelo.
El vector esta apoyado en el eje óptico (suelo) perpendicularmente. Podría ser una persona, un árbol….etc. En cualquier caso, por motivos prácticos, la persona solo emite rayos por la cabeza y por los pies. No nos importa como consigue emitirlos solo que los emite.
La persona emite infinitos rayos pero solo se consideran unos pocos: el paralelo al eje óptico que sale de su cabeza. El que pasa por el centro óptico que sale de su cabeza y quizás alguno que salga de sus pies. En algunos textos se llama centro óptico el punto donde se corta el eje óptico y el plano del sistema.
El rayo entra en un medio diferente ( diferente índice de refracción) Experimenta el fenómeno de la difracción y se dobla pero sale rapidamnte otra vez al aire.
Por algún motivo parece que el sistema que ponemos delante del rayo consigue desviarlo hacia abajo( de alguna manera frenarlo. Parece como si el cambio de medio opusiera algún tipo de resistencia…. como si el nuevo medio tuviera mas densidad y le costara mas viajar por el por lo que acaba cayendo.
Si hemos considerado que los raros son rectos e infinitos existe una contradicción en los rayos considerados al cambiar de medio pues todos se doblan. Para salvarla los prolongamos y los hacemos infinitos. Esta prolongación es una “prótesis” virtual. Toodo lo que razonemos será virtual. No existe realmente sino en nuestra mente.
Si los yayo fueran paralelos al eje óptico incidirían todos en el foco que esta en el mismo eje optico. Si son paralelos entre si pero no al eje óptico inciden en un punto del plano focal
El fenómeno que se da en los espejos es la reflexión. Todo lo que en ellos ocurre se deduce de las leyes de la reflexión. El objetivo del alumno es deducitr todo sobre los espejos a partir de i = r.
La imagen es virtual y derecha. Dependiendo del espejo puede aumentar o disminuir.