Óptica

Óptica

La óptica se encarga del estudio de la luz, radiación electromagnética visible.
Teorías sobre la naturaleza de la luz.
1. Teoría corpúscular Newton Siglo XVIII
  1. La luz son pequeñas partículas que sufren reflexión y refracción.
2. Teoría ondulatoria; Huygens SigloXVIII
  1. Explica la luz como onda mecánica. De esta manera explicaba las interferencias de la luz y la difracción.
3. Teoría electromagnética; Maxwell Siglo XIX
  1. La luz es una onda producida por dos campos, uno eléctrico y otro magnético, ambos perpendiculares en su dirección de propagación.
4. Teoria cuántica; Plank Siglo XX
  1. La luz son fotones sin onda. Sin embargo actualemntre gracias al principio de dualidad onda-corpúsculo de De-Broglie sabemos que estos fotones llevan asociados una onda
Propagación de la luz
1. Velocidad de la luz
  1. Siglo XVII
    1. Velocidad infinita.
  2. Final Siglo XVII
    1. Se descubre que no es infinita.
  3. Fizeau
    1. Estima la velocidad de 300.000 Km/m
  4. Siglo XX
    1. Mitchelson y Moley realizan el experimento que dara lugar a la teoria de la reltividad de Einsten.
2. Principio de Fermat; La luz se propaga por el camino más corto.
Los espejos planos.
1. En los espejos planos se produce reflexión especular y se cumple la segunda ley de la reflaxión.
2. Las imágenes que produce un espejo plano son virtuales, de igual tamaño y derechas.
Espejos esféricos.
1. Es una porción de superficie que se encuentra pulimentada
2. Están formados por:
  1. Centro de curvatura (C)
    1. Es el centro de la esfera a la que pertenece el espejo.
  2. Centro de Figura (O)
    1. Centro del espejo.
  3. Eje principal
    1. Recta que pasa por C y por O
  4. Foco (F)
    1. Punto del eje principal en el que se cortan los rayos reflejados que son paralelos al eje (Espejo cóncavo) o donde se cortan las prolongaciones de los rayos reflejados paralelos al eje (Espejo convexo)
      1. La distancia focal es la mitad del radio del espejo.
3. Las características de las imágenes producidas pueden ser:
  1. Naturaleza
    1. Real o virtual
  2. Tamaño
    1. Respecto al objeto la imágen puede ser mayor menos o igual
  3. Orientación
    1. La orientación podrá ser derecha o invertida respecto al objeto.
4. Los rayos que inciden sobre el objeto se consideran paraxiales. El camino que siguen los distintos tipos de rayos tras reflejarse puede ser:
  1. Rayo paralelo al eje
    1. Pasa por el foco
  2. Rayo que pasa por el foco
    1. Paralelo al eje principal
  3. Rayo que pasa por centro de curvatura
    1. Regresa en la misma dirección
5. Según el tipo de espejo la imagen podrá ser de diferentes maneras.
  1. Concavos
    1. Objeto mas lejano que centro de curvatura
      1. Imagen menor, invertida y real.
    2. Objetos entre centro de curvatura y foco
      1. Imagen mayor invertida y real.
    3. Objetos mas cercanos que el foco
      1. Imagen mayor, derecha y virtual
  2. Convexos
    1. Independientemente de la posición del objeto su imagen siempre será menor derecha y virtual.
6. Ecuaciones espejos esféricos.
  1. Ecuación fundamental
    1. Siendo f la distancia focal, s la distancia del objeto al centro del espejo y s´ la distancia de la imagen al centro del espejo
  2. Aumento lateral. Nos indica la relación entre la altura del objeto (y) y la altura de la imagen (y´)
  3. Se consideran positivas aquellas distancias que estan por encima del eje principal y a la izq. del espejo negativas las que estan debajo del eje principal y a la derecha del espejo.
Refracción de la luz.
1. Laminas de caras planas y paralelas
  1. Es el conjunto de dos dioptrios planos. Una lamina posee indice de refracción N2 y esta rodeada de un medio con indices N1 y N3
    1. Cuando N1=N3 el rayo incidente es igual al emergente yambos son paralelos entre si, sufriendo un desplazamiento.
2. Prisma óptico.
  1. Medio transparente limitado por superficies planas no paralelas. El ángulo que forman se denomina ángulo del prisma.
  2. El ángulo de desviación es aquel que forma la prolongación del ángulo incidente y el emergente.
    1. La desviación mínima se obtiene cuando el ángulo de incidencia es igual al de emergencia y por tanto R=R´ y el rayo es paralelo a la base dentro del prisma.
  3. Un prima óptico sufre el fenómeno de la dispersión por el cual la luz al pasar por el se descompone en sus diferentes colores.
Lentes.
1. Sistemas formados por dos dioptrios y algunos de ellos esférico. Pueden ser convergentes (mas estrechas en extremos que en centro) o divergentes (mas estrecha en el centro que en centro)
2. Las lentes están formadas por los mismos componentes que los espejos esféricos, con la excepción de que hay dos focos.
  1. Foco objeto, punto para el cual todo rayo que pasa por él emerge paralelo al eje.
  2. Foco imagen, en el cual convergen las prolongaciones o refracciones de los rayos paralelos al eje principal.
3. Ecuaciones de las lentes.
  1. Potencia de una lente.
    1. Inverso de la distancia focal imagen. Se mide en dioptrías.
  2. Ecuación fundamental.
    1. Mide la relación entre la distancia imagen, objeto y distancia focal.
  3. Aumento lateral
  4. Ecuación del fabricante de lentes.
4. Formación de imágenes.
  1. Lentes convergentes
  2. Lentes divergentes.
    1. Siempre derecha menor y virtual.
El ojo humano
1. Defectos de la visión.
  1. Presbicia
    1. Pérdida de flexibilidad del cristalino. Se debe a edad. Mala visión de objetos cercanos. Se corrige con lentes convergentes.
  2. Miopía
    1. Exceso de convergencia del ojo. Mala visión de objetos lejanos. Se corrige con lentes divergentes.
  3. Hipermetropía.
    1. Falta de convergencia del ojo. Dificultades en la visión próxima. Se corrige con lentes convergentes.
  4. Astigmatismo.
    1. Irregularidad en la curvatura de la córnea. Dificultad en la visión de objetos tanto próximos como lejanos. Se corrige con lentes cilíndricas.
  5. Cataratas.
    1. Pérdida de transparencia del cristalino que provoca una imagen borrosa. Perdida de la agudeza visual. Su curación se da con cirugía.
2. Produce las imágenes sobre la retina
3. Las imágenes formadas en la retina se conectan con el cerebro gracias al nervio óptico
4. El ojo posee dos tipos de células especificas conos y bastones, la primera encargada de la visión de colores y la segunda de la visión en condiciones de baja luz.
Instrumentos ópticos.
1. La lupa o el microscopio simple están formados por una lente convergente de disatncia focal pequeña que se coloca entre el ojo y el objeto para aumentar su tamaño.
2. El microscopio compuesto esta formado por dos lentes, ambas convergentes. La mas cercana al objeto es el objetivo y posee distancia focal pequeña y la segunda, el ocular, es la mas lejana al objeto y posee una distancia focal mayor. Con él se obtienen imágenes mayores, virtuales e invertidas.
3. El telescopio esta formado por dos lentes convergentes, el objetivo de distancia focal muy grande y el ocular de distancia focal mucho mas pequeña. Sirve para observar objetos muy alejados y debe estar muy bien iluminado.

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