Este documento proporciona una introducción a la óptica geométrica. Explica qué es la luz y resume las teorías corpuscular y ondulatoria. Describe la aproximación de rayo y las leyes de la reflexión y refracción. También cubre temas como la dispersión, la reflexión interna total, la formación de imágenes en espejos y lentes, y el ojo humano como instrumento óptico.

1. Unidad 4
ÓPTICA GEOMÉTRICA

2. Índice de contenidos
• ¿Qué es la luz?
• Aproximación de rayo en la óptica geométrica.
• Velocidad de propagación de la luz.
• Reflexión y refracción de la luz.
• Prismas y dispersión.
• Reflexión interna total.
• Formación de imágenes en espejos.
• Imágenes que se forman por refracción en superficies
refractoras planas.
• Formación de imágenes mediante lentes delgadas.
• El ojo como instrumento óptico.

3. 1. ¿Qué es la luz?
TEORÍA CORPUSCULAR
• Griegos: pequeñas partículas: corpúsculos.
• Newton: reflexión y la refracción de la luz.

4. Teoría ondulatoria
• 1670 Christian
Huygens
• 1803 Thomas Young:

5. Teoría electromagnética de Maxwell

6. Teoría corpuscular
Hipótesis cuantos Max
Planck (principios del
XIX)

7. Teoría corpuscular de la luz. Interpretación
de Einstein del efecto fotoeléctrico.
• Albert Einstein (1879 – 1955)
• 1905
Teoría de la Relatividad especial. E=
mc2
•1916 :
Teoría de la Relatividad general,
• Premio Nobel de Física en 1921 :
por su explicación del
efecto fotoeléctrico en 1905, una de
las bases iniciales de la
mecánica cuántica.

8. El modelo corpuscular para la luz explica:
• Espectros discontinuos de los gases.
• Efecto fotoeléctrico
• Efecto Compton

9. El modelo corpuscular no explica:
• La formación de interferencias o de otros fenómenos
Típicamente ondulatorios: “Los físicos usan la teoría
ondulatoria lunes, miércoles y viernes y la teoría
corpuscular martes, jueves y sábado”.
• El significado de las magnitudes que aparecen en la
ecuación E=hν .
• El carácter aleatorio de las transiciones electrónicas.
• El efecto producido por una radiación no depende de su
intensidad.
• No se puede prever la estructura de los niveles
energéticos de un sistema, solo podemos deducirlos a
posteriori, analizando el espectro..

10. ¿una crisis de identidad?

11. La dualidad onda-corpúsculo.
Toda partícula material que se mueve con una
velocidad v tiene una longitud de onda asociada. En
este tema estudiaremos fenómenos donde se muestra
el comportamiento ondulatorio de la luz.

12. 2. Aproximación de rayo en la óptica
geométrica
Rayo: dirección de propagación de la onda. En una onda,
líneas rectas perpendiculares al frente de ondas.
Tamaño de las rendijas o los obstáculos en el camino del rayo
mucho mayor que la longitud de onda de la luz (λ <<<<<<d).
no hay difracción.

13. 3. Velocidad de propagación de la luz
• Casi instantánea
• Dificultades de medida
• Varios métodos
(1675) Método de Roemer.

14. 4. Reflexión y refracción de la luz

16. Leyes de la reflexión.
• Rayo incidente, la normal y el rayo
reflejado en el mismo plano.
• Ángulo de incidencia=ángulo reflejado.

17. Leyes de la refracción
• Ángulo incidente, normal y ángulo refractado
en el mismo plano.
sin i v1
=
sin r v 2

18. Segunda ley de la refracción ley de Snell

19. Índice de refracción
• Magnitud que relaciona la velocidad de la
luz en ese medio y la velocidad de la luz
en el agua.
• n=c/v

20. 6. Reflexión interna total

21. Aplicaciones de la reflexión interna
total

22. Otras aplicaciones.

23. Espejismos

24. Paso de la luz a través de una lámina de
caras planoparalelas.

25. 5. Prismas y dispersión
“ Me procuré un prisma triangular de vidrio para intentar la
consecución del tan célebre fenómeno de los colores… Coloqué mi
prisma a su entrada (de la luz solar), para que pudiera con ello
refractarse hasta la pared opuesta. Fue una experiencia muy
placentera poder ver los vivos colores producidos de ese modo…
Frecuentemente he contemplado con admiración que todos los
colores del prisma se pueden hacer converger, y con eso mezclarlos
nuevamente,…, reproduciendo total y perfectamente la luz blanca,
y de ningún modo poderla diferenciar de la luz del Sol. “
ISAAC NEWTON

27. 7. Formación de imágenes en espejos.

28. Características de la imagen
• Virtual, igual y derecha.

30. Elementos de un espejo esférico
• Centro de curvatura, C.
• Centro del espejo, O.
• Eje principal: Recta que une los puntos C y O.
• Eje secundario. Cualquier recta que pasa por C y que no sea
el eje principal.
• Radio del espejo. Distancia entre C y O.
• Rayos de luz paraxiales: marchan muy poco separados del
eje principal y el radio muy grande.

31. Espejos cóncavos
• Rayos que vienen del infinito (punto lejano),
(paralelos al eje principal), al reflejarse se
cortan en un punto llamado foco.
• Foco real. Se cortan los propios rayos
reflejados

32. Espejos convexos
• Foco: Punto del eje principal donde convergen las
prolongaciones de los rayos reflejados que provienen de
incidentes paralelos al eje.
• Foco virtual: Se cortan las prolongaciones de los rayos
reflejados.
• Distancia focal=f= distancia entre el foco y C = radio/2
(en los dos tipos)

33. ¿cómo se construye la imagen en un
espejo esférico?
• Dibujo de dos o tres rayos singulares, desde el punto
objeto (extremo). Imagen base en el eje principal.
• Imagen real o virtual, mayor, menor o igual, derecha o
invertida

34. Clases de imágenes en espejos
esféricos cóncavos

35. Clases de imágenes en espejos
esféricos convexos
• Independientemente de la posición del objeto: imagen
virtual, derecha y de menor tamaño.
• Campo de visión más amplio.

36. Estudio cuantitativo de las imágenes
producidas por espejos esféricos.
• Criterios de signos
Aumento lateral: A= y’/y; A= -s’/s
Imagen derecha: A positivo. Imagen invertida: A negativo
Espejos cóncavos: f<0; Espejos convexos: f>0

37. Ecuación fundamental de los espejos
esféricos (ecuación de Descartes)
1 1 1
• Se demuestra que: + =
s s' f
S= distancia del objeto al centro del espejo. (O)
S’= distancia de la imagen al centro del espejo (O)
f= distancia focal. Mitad del radio del espejo.
S’ no depende de la altura del objeto, sólo de su posición
y del tipo de espejo.

38. 8. Imágenes que se forman por refracción
en superficies refractoras planas.

39. Profundidad aparente de un objeto
sumergido en un líquido
• Profundidad aparente (s’)= menor que la
profundidad real (s). (ambas en valor absoluto)
• Expresión: (n’<n). Ejemplo: n’ = 1 (aire)
• s’/s= n’/n

40. 9. Formación de imágenes mediante
lentes delgadas.
• Lentes: Sistemas ópticos formados por un
medio transparente limitado por dos
superficies esféricas o una esférica y una
plana.
• Usos formar imágenes:
• Delgadas: espesor pequeño comparado
con el radio de curvatura de sus caras.
• Simplificación: lentes de vidrio o plástico
transparente, en el aire n lente> n medio externo

42. Refracción en lente convergente
Rayos paralelos (procedentes de un objeto
lejano, convergen en un punto F’ situado detrás
de la lente llamado foco imagen

43. Refracción en lente divergente
Rayos paralelos (procedentes de un objeto lejano,
después de las dos refracciones salen de la lente
y divergen. Las prolongaciones se cortan en un
punto F’ situado delante de la lente: foco imagen

44. Trazado de rayos simplificado:
• Lentes convergentes:
Lentes divergentes

45. Formación de imágenes en lentes delgadas

46. Estudio cuantitativo
1 1 1
− =
s' s f '
s’ = posición de la imagen
s = posición del objeto
f’= distancia focal imagen. Se cumplirá que f=-f’
A = y’/y
A = s’/s

47. Potencia de una lente
• P = 1/f’
• potencia lente convergente >0
• Potencia lente divergente <0.
• Unidad de potencia (S.I) : m-1 o dioptría (D).
• Dioptría: potencia de una lente de distancia focal
1 m.

48. 10. El ojo como instrumento óptico
• Ojo humano: Sistema óptico formado por un
dioptrio esférico (córnea) y una lente
(cristalino).
• Imagen formada en la retina. Sensible a la luz.

49. Conos y bastones
Conos: visión de los colores.
Bastones: Sensibles a la luz

50. Ojo normal
• Acomodación o adaptación: ajuste de la curvatura
del cristalino para cambiar su potencia.
• Foco en retina.
• Punto remoto: distancia máxima de un objeto
para que el ojo lo distinga claramente. (infinito en
ojo normal)
• Punto próximo: distancia mínima. (En ojo normal:
25 cm)

51. Defectos de la visión: ojo miope
• Punto remoto y punto próximo más cerca que en el ojo
normal
• Punto focal del ojo: delante de la retina.
• Exceso de convergencia.
• Corrección con lentes divergentes: potencia negativa

52. Defectos de la visión: ojo hipermétrope.
• Foco fuera del globo ocular. .
• Punto próximo más lejos que el ojo normal (más
de 25 cm)
• Corrección con lentes convergentes.

53. Presbicia o vista cansada
• Reducción de la capacidad de adaptación del
cristalino.
• Punto próximo a mayor distancia.
• Corrección: lentes convergentes