El documento trata sobre óptica, dividiéndola en tres ramas: óptica geométrica, física y cuántica. Explica conceptos como la luz, propagación, fuentes luminosas, refracción, índice de refracción, lentes y su comportamiento con rayos de luz. Describe elementos ópticos como láminas, lentes delgadas convergentes y divergentes, y leyes y fórmulas relacionadas como las de Snell, Gauss y Newton.

1. 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 300000 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 lámparas, 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.
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.
Todo rayo que pasa a un medio más refringente, tiende a acercarse a la normal
y viceversa.
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2. 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.
Valores del índice de refracción de algunas sustancias
Sólidos (a 20ºC) Líquidos (a 20ºC) Gases ( en CNPT)
Yodo: 3.34 Acetona: 1.359 Hidrógeno: 1.00013
Sodio: 4.22 Benceno: 1.501 Oxígeno: 1.00027
Ámbar: 1.55 Agua: 1.333 Cloro: 1.00077
Parafina: 1.43 Alcohol: 1.36 Aire: 1.00029
Vidrios: Bisulfuro de C: 1.625 Argón: 1.00028
Crown: 1.52 Hidrógeno: 1.097 Dióx. de C: 1.00045
Flint liviano: 1.58 Nitrógeno: 1.205 Helio: 1.00004
Flint pesado: 1.65 Oxígeno: 1.221 Nitrógeno: 1.00030
Flint muy pesado: 1.89
Hielo: 1.31
Sal común: 1.5443
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.
LÁMINA DE CARAS PARALELAS
Un trozo de sustancia transparente limitado por dos planos paralelos constituye
una lámina de caras paralelas. Un rayo de luz que atraviesa una lámina de caras
paralelas, no se devía sino que sufre un desplazamiento lateral respecto de la
dirección de incidencia.
El desplazamiento lateral de una lámina de caras paralelas en el aire (n = 1)
depende del ángulo de incidencia ( i ), del espesor de la lámina (e) y del índice de
refracción de la misma (n):
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3. LENTES DELGADAS
Una lente es la combinación de dos dioptras. Una lente delgada es aquella
cuyo espesor es despreciable frente al radio de curvatura de la lente.
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).
Componentes de una lente delgada
Eje Principal y Centro Óptico
El eje principal es una recta determinada por los centros de las superficies
esféricas que componen la lente. El centro óptico es un punto situado sobre el eje
principal tal que todo rayo que pasa por él no se desvía.
Foco Objeto ( F )
Es un punto axial tal que todo rayo procedente de él o que se dirige hacia él, se
propaga paralelamente al eje después de refractado:
En las lentes convergentes, el foco siempre es positivo ( a la izquierda de la
lente) y en las divergentes es negativo (situado a la derecha de la lente).
Esto es válido siempre que se considere como positivo, el lado del que
provienen los rayos luminosos, en este caso, el lado izquierdo de las lentes.
Foco Imagen ( F')
Es un punto axial tal que todo rayo que incide paralelamente al eje principal, al
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4. refractarse se dirige o diverge de él:
Marcha de rayos en lentes convergentes
Para la construcción de imágenes en lentes convergentes, debe tenerse en
cuenta lo siguiente:
1º Todo rayo incidente paralelo al eje principal, al refractarse a través de una lente
convergente pasa por el foco imagen.
2º Todo rayo incidente que pasa por el foco objeto, al refractarse a través de una lente
convergente, emerge paralelo al eje principal.
3º Todo rayo incidente que pasa por el centro óptico de la lente, emerge sin desviarse.
Al igual que en el caso de los espejos esféricos, la imagen depende de la
posición relativa del objeto en las lentes:
Caso A: si el objeto se encuentra más alejado que el doble de la distancia focal => se
obtiene una imagen real, invertida y de menor tamaño.
Caso B: el objeto se encuentra al doble de la distancia focal => se obtiene una imagen
real, invertida y de igual tamaño.
Caso C: el objeto se encuentra entre el doble de la distancia focal y F => se obtiene
una imagen real, invertida y de mayor tamaño.
Caso D: el objeto se encuentra sobre el foco objeto => la imagen se forma en el
infinito.
Caso E: el objeto está entre el foco objeto y la lente => se obtiene una imagen virtual,
derecha y de mayor tamaño.
Fórmula de Gauss
Al igual que en espejos esféricos, hay una ecuación matemática que relaciona
las posiciones del objeto y de la imagen con los focos de una lente delgada:
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5. Convención de signos
Las distancias son positivas cuando se miden del lado de incidencia de la luz,
en este caso, positivo a la izquierda y negativo a la derecha.
Fórmula de Newton
Es una ecuación que relaciona las distancias foco-objeto ( S) y foco-imagen
con la distancia focal.( ver figura anterior)
S . S' = - f 2
Aumento lateral ( m )
El aumento lateral es la relación que existe entre las alturas del objeto y de la
imágen, la que es igual a la relación existente entre sus posiciones.
Potencia de una lente delgada convergente
Se define como la inversa de la distancia focal expresada en metros. La unidad
de potencia es la dioptría, correspondiente a la potencia de una lente cuya distancia
focal es de 1 metro.
Marcha de rayos en lentes divergentes
En la lentes divergentes, la imagen y los focos son siempre virtuales. Todo haz
de rayos que atraviesa una lente divergente cumple las siguientes condiciones:
1º Todo rayo incidente paralelo al eje principal, al refractarse a través de una lente
divergente, su prolongación pasa por el foco imagen.
2º Todo rayo incidente cuya proplongación pasa por el foco objeto, al refractarse a
través de una lente divergente, emerge paralelo al eje principal.
3º Todo rayo incidente que pasa por el centro óptico de la lente, emerge sin desviarse.
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6. Para las lentes divergentes, las imágenes siempre resultan virtuales, derechas
y de menor tamaño, situadas entre el foco imagen y la lente, independientemente de la
posición del objeto. A medida que el objeto se aleja de la lente, la imagen resulta
menor. Si el objeto se ubica en el infinito, la imagen se forma en el foco imagen.
Fórmula de Gauss
Se aplica la misma fórmula vista para lentes convergentes pero teniendo en
cuenta que el foco objeto en este caso es negativo.
Potencia de una lente divergente
Se define de la misma forma que en las lentes convergentes pero teniendo en
cuenta que la distancia focal es negativa. Por ello, la potencia de una lente divergente
es negativa; de ahi que se las denomine lentes negativas.
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