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 d_i, la distancia del objeto al centro de la lente d_0, el tamaño o altura de la imagen h_i , el tamaño o altura del objeto  h₀ y la distancia focal f .