REFRACCIÓN DE LA
LUZ
Refracción de la luz es el cambio de dirección
que experimenta un rayo al pasar de un medio menos refringente a otro más
refringente.
Una cuchara introducida parcialmente en el agua,
se ve quebrada en la parte donde hace contacto con la superficie del líquido.
La refracción de la
luz consiste en la desviación de los rayos luminosos cuando ellos pasan de un
medio a otro de distinta densidad óptica.
Para un observador situado en un medio menos
denso, como el aire, un objeto situado en un medio más denso parece estar más
cerca de la superficie de separación de lo que está en realidad. Un ejemplo
habitual es el de un objeto sumergido, observado desde encima del agua, como se
muestra en la figura 3 (sólo se representan rayos oblicuos para ilustrar el
fenómeno con más claridad). El rayo DB procedente del punto D del objeto se
desvía alejándose de la normal, hacia el punto A. Por ello, el objeto parece
situado en C, donde la línea ABC intersecta una línea perpendicular a la
superficie del agua y que pasa por D.
LEYES DE
REFRACCION
· Rayo Incidente, es aquel que llega a la
superficie de separación de dos medios.
· Rayo Refractado, el rayo que pasa al otro
medio.
· Ángulo de Incidencia, el ángulo que se forma
entre el incidente y la normal.
· Ángulo de Refracción, el ángulo formado por
la normal y el rayo refractado.
· Normal, es la perpendicular a la superficie
de separación de los medios trazados.
REFRACCION
Y REFLEXION TOTAL
Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro cuyo índice
de refracción es mayor, por ejemplo del aire al vidrio, los rayos refractados
se acercan a la normal con respecto a
los rayos incidentes. Si el angulo de incidencia es de 90°
el angulo de refracción se denomina angulo limiteY lo denotamos como r´
FIBRA OPTICA
Antes
de explicar directamente que es la fibra óptica, es conveniente resaltar
ciertos aspectos básicos de óptica. La luz se mueve a la velocidad de la luz en
el vacío, sin embargo, cuando se propaga por cualquier otro medio, la velocidad
es menor. Así, cuando la luz pasa de propagarse por un cierto medio a
propagarse por otro determinado medio, su velocidad cambia, sufriendo además
efectos de reflexión (la luz rebota en el cambio de medio, como la luz
reflejada en los cristales) y de refracción (la luz, además de cambiar el
modulo de su velocidad, cambia de dirección de propagación, por eso vemos una
cuchara como doblada cuando está en un vaso de agua, la dirección de donde nos
viene la luz en la parte que está al aire no es la misma que la que está metida
en el agua).
Los
circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales
naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre
10 y 300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente
pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya
(incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción. Las fibras ópticas pueden
ahora usarse como los alambres de cobre convencionales, tanto en pequeños
ambientes autónomos (tales como sistemas de procesamiento de datos de aviones),
como en grandes redes geográficas (como los sistemas de largas líneas urbanas
mantenidos por compañías telefónicas).
La
mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima
abundante en comparación con el cobre. con unos kilogramos de vidrio pueden
fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica. Los dos
constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el
revestimiento. el núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía
la luz.
EL PRISMA OPTICO
Un prisma óptico es, en esencia, un cuerpo transparente limitado por dos
superficies planas no paralelas. El estudio de la marcha de los rayos en un
prisma óptico es semejante al realizado para láminas paralelas, sólo que algo
más complicado por el hecho de que al estar ambas caras orientadas según un
ángulo, las normales correspondientes no son paralelas y el rayo emergente se
desvía respecto del incidente.
El prisma óptico fue utilizado sistemáticamente por Isaac Newton en la
construcción de su teoría de los colores, según la cual la luz blanca es la
superposición de luz de siete colores diferentes, rojo, anaranjado, amarillo,
verde, azul, añil y violeta. Experimentos concienzudos realizados con rayos de
luz solar y prismas ópticos permitieron a Newton llegar no sólo a demostrar el
carácter compuesto de la luz blanca, sino a explicar el fenómeno de la
dispersión cromática óptica.
Desde Newton, se sabe que el prisma presenta un grado de refringencia o
índice de refracción distinto para cada componente de la luz blanca, por lo que
cada color viaja dentro del prisma a diferente velocidad. Ello da lugar, según
la ley de Snell, a desviaciones de diferente magnitud de cada uno de los
componentes que inciden en el prisma en forma de luz blanca y emergen de él ya
descompuestos formando los llamados colores del arco iris. Estas diferentes
clases de luz definen la gama conocida como espectro visible.La descomposición
es realizada debido a que cada uno de los colores en los que se descompone la
luz blanca tiene una frecuencia distinta,por lo que, cada color se desviara un
ángulo distinto.El resultado de la desviación produce dicha descomposición
cuando sale del prisma.
DESCOMPOSICION DE
LA LUZ
Cuando
un rayo de luz solar, llamada luz visible atraviesa un medio transparente que
no sea el vacio, aparece una serie de colores . Este fenómeno llamo la atención
de Newton , quien intento determinar el
por que de la aparicion de dichas franjas de colores en las lentes utilizadas en los telescopios,
defecto denominado Aberración Cromática .
Después de varios experimentos, Newton hizo
pasar un rayo de luz blanca por un prisma óptico y consigui una banda de
colores que iba desde el color rojo hasta el violeta a la que llamo Espectro. Si hacia pasr uno de estos colores
por otro prisma obtendría luz del mismo color ; pero si colocaba el prisma
invertido y hacia pasar por el todos los colores a la vez, obtendría de nuevo
luz blanca.
EL ARCO IRIS
Uno de
los fenómenos más hermosos que ocurren en la naturaleza es un arco iris, el
cual es una consecuencia de la
descomposición de la luz. Desde la antigüedad el arco iris ha sido un misterio,
incluso mucha gente se preguntaba por la fuente de los colores de la cual
provenía (un arco iris puede producirse artificialmente con prismas).
En
1666, Isaac Newton, realizó sus primeros experimentos sobre los colores al
producirlos haciendo pasar por un prisma un rayo estrecho de luz.
Newton
denominó espectro al arreglo ordenado de colores desde el violeta hasta el
rojo. Él creyó que alguna imperfección en el vidrio era la causa del espectro,
y para verificar su suposición hizo que el espectro producido por un prisma
incidiera sobre otro, pero orientado inversamente (al revés).
Si el
espectro fuera causado por irregularidades, en el segundo prisma debería haber
aumentado el ensanchamiento de los colores. En vez de esto, se formó un punto
de luz blanca. Luego de otros experimentos, se convenció de que la luz blanca está
formada por colores. Hoy en día se sabe que cada color en el espectro está
asociado con una longitud de onda específica.
Tema 4. INSTRUMENTOS OPTICOS
LAS LENTES
Una
lente es un medio transparente limitado por dos superficies de las cuales al
menos una es curva. Una onda incidente sufre dos refracciones al pasar a través
de la lente. Una lente delgada es una lente cuyo grosor es pequeño comparado
con los radios de curvatura de sus superficies. Hay dos tipos de lentes:
convergentes y divergentes.
Convergentes: son más gruesas en el centro
que en los extremos. Se representan esquemáticamente con una línea con dos
puntas de flecha en los extremos.
Según
el valor de los radios de las caras pueden ser: biconvexas (1), plano convexas
(2) y menisco convergente (3).
Divergentes: Son más delgadas en la parte
central que en los extremos. Se representan esquemáticamente por una línea
recta acabada en dos puntas de flecha invertidas.
Según
el valor de los radios de las caras (que son dioptrios) pueden ser: bicóncavas
(4), plano cóncavas (5) y menisco divergente (6).
En
esta foto vemos dos lentes de las que existen en los laboratorios de óptica.
IMÁGENES LENTES
CONVERGENTES Y DIVERGENTES
ECUACION DE LAS
LENTES
Es
posible encontrar una ecuación que relaciona la distancia de la imagen al
centro de la lente di,
la distancia del objeto al centro de la lente d0, el tamaño o altura
de la imagen hi , el tamaño o altura del objeto h0 y la distancia focal f .
: ángulo crítico;
: índice de refracción.
, 
o 
(este modelo u observador estándar es muy similar a los de la 
, que describe la energía total medida por un detector "físico" ante la presencia de radiación eletromagnética. Interesa obtener una medida de la energía que sería percibida por un ojo humano: cantidad de luz, 
. Para ello, habría que conocer la energía radiante correspondiente a cada longitud de onda, multiplicar por los valores correspondientes de la función de luminosidad e integrar a todas las longitudes de onda:
, se mide en el SI en unidades de J/m. En cambio, 
. Así:
).
