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ÓPTICA

FÍSICA IV

CECyT No. 8

ING. OSORIO MONDRAGÓN OSIRIS JAZMÍN

ÓPTICA

• Es la rama de la Física que se

encarga del estudio de los

fenómenos luminosos.

NATURALEZA DE LA LUZ

• TEORÍA CORPUSCULAR (Isaac Newton)

Todo cuerpo luminoso o fuente luminosa

desprende partículas muy pequeñas que

viajan a velocidades muy grandes.

• TEORÍA ONDULATORIA (Christian Huygens)

La luz se propaga en forma de ondas de

energía, las cuales se propagan a través de

un medio material llamado eter.

• TEORÍA CUANTICA (Max Planck)

La energía luminosa se transporta en base a

partículas o corpúsculos especiales

llamados “cuantos” (fotones) que propagan a

través de ondas.

FOTONES

• Los fotones son partículas formadas por cargas

eléctricas en movimiento que producen de

forma simultánea un campo eléctrico y

magnético, dichas partículas se propagan a la

velocidad de la luz como ondas

electromagéticas. Este tipo de partículas NO

poseen masa, pero se manifiestan como tal ya

que concentran la energía, su movimiento y sus

efectos en regiones específicas del espacio.

PROPAGACIÓN DE LA LUZ

• Se propaga en forma rectilínea.

• La velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil

Km/s.

• Los medio en los cuales se propaga la luz esta

clasificados en: Cuerpos opacos, transparentes

y traslúcido.

ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE

LA LUZ

• Relación de la magnitud de la velocidad

de la luz en el aire o vacío entre la

velocidad de la luz en un medio material.

C

n = ------

v

C = Velocidad de la luz en el aire o vacío 3 x 108 m/s

v = Velocidad de la luz en otro medio m/s.

n = Índice de refracción de la luz

ILUMINACIÓN

• Es la cantidad de luz que reciben las superficies de los

cuerpos, en el S.I. se mide en lux.

• Un lux es la iluminación producida por una candela o

bujía decimal en una superficie de 1 m2 que se

encuentra en un metro de distancia.

1 watt = 1.1 candelas = 1.1 bujía decimal

LEY DE ILUMINACIÓN

• También se le conoce como la Ley inversa del cuadrado y es

consecuencia de la propagación lineal de la luz, por lo tanto esta ley

nos dice que:

“La iluminación que recibe un superficie es directamente

proporcional a la intensidad de la fuente luminosa, e inversamente

proporcional al cuadrado de la distancia que existe entre la fuente y

la superficie”.

E = Iluminación (lux).

I = Intensidad de la fuente luminosa en candelas (cd).

d = Distancia de la fuente a la superficie (m).

FENÓMENOS DE LA LUZ

• DISPERSIÓN:

– Es la separación de la luz en sus diferentes

longitudes de onda que la componen, al

pasar un haz de luz blanca a través de un

prisma de cristal.

ESPECTRO

ELECTROMAGNÉTICO

INTERFERENCIA

• La interferencia obedece al principio de

superposición de ondas y a la interferencia

constructiva y destructiva, en el caso de la luz se

puede observar una interferencia constructiva en las

zonas mas claras y una interferencia destructiva en

las zonas mas obscuras.

POLARIZACIÓN

• Es el proceso por medio del cuál las

oscilaciones transversales de un

movimiento ondulatorio están confinadas

a un patrón definido.

ESPEJOS ESFÉRICOS

• Un espejo esférico es una superficie que pulida

que al incidir la luz es capaz de reflejarla,

siguiendo las leyes de la reflexión. Los tipos de

espejos que existen son: cóncavos y convexos.

ESPEJO CÓNCAVO

V = Vértice del espejo.

C = Centro de la curvatura.

CV = Eje del espejo.

MN = Rayo de luz paralelo

F = Foco.

ƒ = Longitud focal.

ESPEJO CONVEXO O

DIVERGENTE

Para un espejo convexo se aplica la misma fórmula que para el espejo cóncavo

solo que ƒ y R toman el signo negativo.

FORMACIÓN DE IMÁGENES

EN ESPEJOS ESFÉRICOS

Rayo 1: Un rayo paralelo al eje del espejo pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo o parece

provenir del punto focal del espejo convexo.

Rayo 2: Un rayo que pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo o que se dirige al punto focal

de un espejo convexo se refleja paralelamente al eje del espejo.

Rayo 3: Un rayo que avanza a lo largo de un radio del espejo se refleja a lo largo de su trayectoria

original.

La imagen se forma en el punto donde se unen todos los rayos.

O es el objeto; C es el centro de curvatura

IMÁGENES FORMADAS EN ESPEJOS

CONVERGENTES A DIFERENTES DISTANCIAS

(a) Objeto “O” mas lejos del

centro de curvatura “C”.

(b) Objeto “O” en el centro de

curvatura “C”.

(c) Objeto “O” entre el centro

de curvatura “C” y el foco

“F”.

(d) Objeto “O” en el foco “F”.

(e) Objeto “O” entre el foco

“F” y el vértice “V”.

ECUACIÓN DEL ESPEJO

OV = p = Distancia al objeto.

IV = q = Distancia a la imagen.

CV = R = Radio de curvatura.

OA = y = Tamaño del objeto.

IB = y’ = Tamaño de la imagen.

p y q son (+) Objetos reales y (-)

para imágenes virtuales.

R y ƒ son (+) espejos cóncavos y (-)

para espejos convexos.

Amplificación

• Las imágenes formadas en los espejos esféricos pueden ser

más grandes o más pequeños. El tamaño del objeto se llama

amplificación es la relación entre el tamaño del objeto y la

imagen.

• El tamaño se refiere a cualquier dimensión real: largo, ancho

o diámetro.

q = Distancia a la imagen.

p = Distancia al objeto.

M = Ampliación

(-) Si la imagen esta invertida.

(+) Si la imagen esta en posición normal.

ABERRACIÓN ESFÉRICA

• Este fenómeno se

presenta cuando

algunos rayos que

provienen de los

objetos inciden cerca

de los bordes externos

y son enfocados a

diferentes puntos sobre

el eje.

LENTES

• Las lentes son objetos transparentes con

al menos una de sus superficie curvas,

Las lentes están basadas en el índice de

refracción que experimentan los rayos al

incidir en las superficies de la lente.

USOS

• Las lentes son comúnmente utilizadas

para:

– Corregir problemas de la vista.– Miopía: Lentes divergentes.

– Hipermetropía: Lentes convergentes.

– Astigmatismo: Lentes cilíndricas o toricas.

– Combinaciones de lentes para microscopios y

telescopios.

– Microscopios electrónicos.

• Lentes gravitatorias o gravitacional para

astrofísica.

• Cámaras fotográficas.

• Lupas.

• Fotocopiadoras.

• Binoculares.

• Proyectores.

TIPOS DE LENTES

LENTES CONVERGENTES

• Es la que refracta y converge la luz

paralela hacia un punto focal situado más

allá de la lente.

LENTES DIVERGENTES

• Este tipo de lente refracta y diverge la luz

paralela a partir de un punto situado frente

a la lente.

LONGITUD FOCAL

• Es la distancia del centro óptico de la lente

a cualquiera de sus focos.

• ƒ no es igual a la mitad del radio sino que

depende de n y de los radios de curvatura.

ECUACIÓN DEL FABRICANTE

• El radio de la curvatura (R1 o R2) es (+) si

es convexo y (-) si es cóncavo.

• La longitud focal ƒ es (+) si es una lente

convergente y (-) si es divergente.

FORMACIÓN DE IMÁGENES

• Rayo 1: Es un rayo paralelo al eje que pasa a través del segundo punto

focal F2 de una lente convergente o que parece provenir del primer punto

focal F1 de una lente divergente.

• Rayo 2: Un rayo que pasa a través del primer punto focal F1 de una lente

convergente o avanza hacia el segundo punto focal F2 de una lente

divergente.

• Rayo 3: Un rayo que pasa a través del centro geométrico de una lente no

se desvía.

MÉTODO GRÁFICO

a) El objeto localizado a una distancia de más del doble

de la longitud focal. Se forma una imagen real, invertida

y de menor tamaño, entre F2 y 2F2 en el lado opuesto

de la lente.

b) El objeto está a una distancia igual al doble de la

longitud focal. Una imagen real, invertida y del mismo

tamaño se ubica en 2F2 en el lado opuesto de la lente.

c) El objeto se localiza a una distancia entre una y dos

longitudes focales de la lente. Se forma una imagen,

invertida y de mayor tamaño, más allá de 2F2 del lado

opuesto a la lente.

d) El objeto está en el primer punto focal F1. No se forma

imagen. Los rayos refractados son paralelos.

e) El objeto se encuentra dentro del primer punto focal. Se

forma una imagen virtual, derecha y de mayor tamaño,

del mismo lado donde se encuentra el objeto.

• Las imágenes formadas en las lentes divergentes

siempre son virtuales, derechas y de menor tamaño.

a) b)

c) d)

e)

ECUACIÓN DE LAS LENTES

DE AUMENTO

p = Distancia al objeto.

q = Distancia a la imagen.

ƒ = Distancia focal de la lente.

“p” y “q” son (+) para objetos reales y (-) imágenes virtuales.

ƒ es (+) lentes convergentes y (-) lentes divergentes.

AUMENTO

p = Distancia al objeto.

q = Distancia a la imagen.

y = Tamaño del objeto.

y’ = Tamaño de la imagen.

M = Aumento.

“M” es (+) si la imagen esta derecha y es (-) si la imagen esta invertida.

COMBINACIÓN DE LENTES

USOS DE LA COMBINACIÓN

DE LENTES

ABERRACIONES DE LAS

LENTES

• Aberración esférica:

Es un defecto de las lentes por el cual los

rayos de los extremos se enfocan más

cerca de la lente que los rayos que entran

cerca del centro óptico de la lente.

• Es un defecto en la lente que indica su

incapacidad para enfocar luz de diferentes

colores en el mismo punto.

Aberración cromática:

REFERENCIA

BIBLIOGRÁFICA

Título: Física:Conceptos y aplicaciones.

Autor: Paul E. Tippens.

Editorial: McGraw – Hill.

Título: Física, Vol. 2.

Autor: Halliday, Resnick y Krane.

Editorial: CECSA

Título: Física, Sexta edición.

Autor: Wilson, Buffa y Lou.

Editorial: Pearson, Prentice Hall.

Título: Física general.

Autor: Héctor Pérez Montiel.

Editorial: Grupo editorial Patria.

Título: Física fundamental: Electromagnetismo,

principio de movimiento ondulatorio, sonido y

óptica.

Autor: R. Gallegos A., R.O. Gallegos C.

Editorial: Publicaciones Cultural.

Título: Física general.

Autor: Carlos Gutiérrez Aranzeta.

Editorial: McGraw – Hill.

Título: Física conceptual.

Autor: Paul G. Hewitt.

Editorial: Addison – Wesley Iberoamericana.