FÍSICA6. Óptica. 1. Introducción histórica: modelos corpuscular y    ondulatorio. 2. Ondas        electromagnéticas.      ...
1. Introducción histórica: modelos   corpuscular y ondulatorio.                         Antigüedad • Simple descripción de...
T. Ondulatoria (Huygens)           T. Corpuscular (Newton)Naturaleza Onda mecánica                        Partículas mater...
Siglo XIX• Prevalece la teoría de Newton, dejando olvidada la deHuygens hasta que:• Young (1801) observó interferencias en...
2. Ondas electromagnéticas.    Espectro electromagnético. • James C. Maxwell publica su Teoría Electromagnética (1865), en...
Generador de chispas de HertzConsigue que, a cierta distancia, salte una chispa en uncircuito receptor. La chispa es, bási...
Caraterísticas de las Ondas Electromagnéticas Hertz comprueba que obedecen las leyes de reflexión y refracción, del mismo ...
Caraterísticas de las Ondas Electromagnéticas                                               E  E0 ·sen t  kx  ...
Banda           λ (m)               Origen                 UtilidadRadioondas     104        Circuitos eléctricos.      Ra...
3. Reflexión y refracción. Ley de Snell.        Reflexió             Refracció           n                    n    vi  vr...
Ley de Snell                     sen1 v1          sen1 n2                             cte                            ...
4. Dispersión de la luz.En medios dispersivos la velocidad de luz depende de sufrecuencia.Consecuencias:• Cada color se pr...
Fenómenos dispersivos de la luzDispersión en un prisma                            Colores del cielo       Arcoiris
5. Óptica geométrica.La luz se propaga en línea recta mientras el medio esconstante.Sistemas ópticos: conjunto de medios m...
Lentes Convergentes                   Concentran los                   rayos.Convexas:plano-convexas,biconvexas, etc.
Lentes DivergentesSeparan los rayos, siempre producen imágenes virtuales. Cóncavas: plano-cóncavas, bicóncavas, etc.
EspejosLos focos F y F coinciden. Sólo existe reflexión. Plano                    Esférico convexo                        ...
Ecuaciones de Newton  Posición y tamaño de las imágenes de espejos y lentes.    Posición         f: distancia focal.      ...
Instrumentos ópticos              Sistemas de lentes y/o              espejos.Lupa: Una sola lente convergente.El objeto s...
Anteojos, telescopios y          microscopioSistemas compuestos:• Objetivo: puede ser lente (refractor) o espejo (reflecto...
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Tema 6: Óptica

  1. 1. FÍSICA6. Óptica. 1. Introducción histórica: modelos corpuscular y ondulatorio. 2. Ondas electromagnéticas. Espectro electromagnético. 3. Reflexión y refracción. Ley de Snell. 4. Dispersión de la luz. 5. Óptica geométrica. Formación de imágenes en lentes y espejos.
  2. 2. 1. Introducción histórica: modelos corpuscular y ondulatorio. Antigüedad • Simple descripción de los fenómenos (reflexión y refracción). • Arquímedes establece los primeros tratados sobre óptica. Siglo XVII • Snell deduce experimentalmente la Ley de Refracción. • Descartes publica Dióptrica. Finales del s. XVII y comienzos del s. XVIII • Huygens (1690) establece la Teoría Ondulatoria de la luz. • Newton (1704) establece la Teoría Corpuscular de la luz.
  3. 3. T. Ondulatoria (Huygens) T. Corpuscular (Newton)Naturaleza Onda mecánica Partículas materiales de de la luz longitudinal. masa pequeña y velocidad muy grande.Rectilínea Por alta frecuencia. Por alta velocidad. Colores Diferentes frecuencias. Diferentes velocidades. Medios Velocidad menor. Velocidad mayor.más densosFenómenos Interferencia y difracción. Ni interferencia ni difracción. Necesita de la existencia de un No aclara la refracción. medio material (éter) No explica el cruce de rayos Inconv. desconocido. sin que haya choque de A esa fecha no se había partículas. observado ni interferencia ni difracción
  4. 4. Siglo XIX• Prevalece la teoría de Newton, dejando olvidada la deHuygens hasta que:• Young (1801) observó interferencias en la luz.• Fresnel (1815) observa la difracción y demuestra quelas ondas son transversales.• Foucault (1855) comprobó que la velocidad de la luz enel agua es menor que en el aire.• Se rescató entonces la teoría ondulatoria como válida.
  5. 5. 2. Ondas electromagnéticas. Espectro electromagnético. • James C. Maxwell publica su Teoría Electromagnética (1865), en la que unifica electricidad y magnetismo. • Una consecuencia de dicha teoría es que los campos eléctrico y magnético podrían propagarse como ondas (ondas electromagnéticas).• La velocidad de dichas ondas coincidía 1 vcon el valor medido por Foucault para la  velocidad de la luz.• Hertz comprobó experimentalmente (1887) la predicciónde Maxwell, generando ondas electromagnéticas usando elfenómeno de inducción mediante un generador de chispas.
  6. 6. Generador de chispas de HertzConsigue que, a cierta distancia, salte una chispa en uncircuito receptor. La chispa es, básicamente, unacorriente variable que crea un campo magnéticovariable en sus inmediaciones. Por inducción, se creaun campo eléctrico variable que vuelve a generar uncampo magnético variable, y así sucesivamente.La energía que se suministra a las cargas en el receptorse ha transmitido a una cierta distancia mediante unaperturbación que se propaga por el espacio como unaonda.
  7. 7. Caraterísticas de las Ondas Electromagnéticas Hertz comprueba que obedecen las leyes de reflexión y refracción, del mismo modo que la luz, se llega a la conclusión de que la luz es una onda electromagnética.• Ondas armónicas.• Transversales.• No necesitan un medio material para propagarse.• La velocidad de propagación depende de lascaracterísticas eléctricas y magnéticas del medio. Índice de refracción de un 1 1v  c  3·10 8 ms 1 medio:   0   0 c n 1 v
  8. 8. Caraterísticas de las Ondas Electromagnéticas    E  E0 ·sen t  kx   E0 ·sen t  kx  j      B  B0 ·sen t  kx   B0 ·sen t  kx  k     E Bv
  9. 9. Banda λ (m) Origen UtilidadRadioondas 104 Circuitos eléctricos. Radiodifusión y 10-1 telecomunicaciones.Microondas 10-1 Vibraciones moleculares. Radioastronomía y 10-4 comunicaciones.Infrarrojos 10-4 Oscilaciones atómicas de Industria y medicina. 7,5·10-7 cuerpos calientes.Luz visible 7,5·10-7 Oscilaciones de electrones Vista humana, láser. 4·10-7 externos del átomo.Ultravioleta 4·10-7 Oscilaciones de electrones Industria y medicina. 3·10-9 internos del átomo.Rayos X 3·10-9 Oscilaciones de electrones Industria y medicina. 4·10-11 próximos al núcleo.Rayos 10-15 Fenómenos y reacciones Investigación.Gamma nucleares.
  10. 10. 3. Reflexión y refracción. Ley de Snell. Reflexió Refracció n n vi  vr i   r vi  vr i   r i  r r i  i  r r i 
  11. 11. Ley de Snell sen1 v1 sen1 n2   cte  sen 2 v2 sen 2 n1 n2  n1  2  1 n2  n1  2  1 Reflexión total: n2Incidencia perpendicular:  2  90º  sen L  1  0º  2  0º n1  L : ángulo límite
  12. 12. 4. Dispersión de la luz.En medios dispersivos la velocidad de luz depende de sufrecuencia.Consecuencias:• Cada color se propaga a velocidad diferente.• La longitud de onda cambia.• Cada color tiene su propio índice de refracción, por loque los ángulos de refracción serán diferentes.Por tanto, los rayos de luz de distintos colores se separan(se dispersan) al pasar por un medio dispersivo (vidrio,agua), siendo la luz roja (mayor λ) la que menos sedesvía, y la luz azul-violeta (menor λ) la que más.
  13. 13. Fenómenos dispersivos de la luzDispersión en un prisma Colores del cielo Arcoiris
  14. 14. 5. Óptica geométrica.La luz se propaga en línea recta mientras el medio esconstante.Sistemas ópticos: conjunto de medios materialesatravesados por rayos luminosos (lentes y espejos). Características de la imagenImagen Real: los rayos convergen en un punto tras pasarpor el sistema óptico. Si se coloca una pantalla o unapelícula fotográfica en ese punto, se ve la imagen.Imagen Virtual: los rayos divergen del sistema óptico.Parece que provienen de un punto imaginario.No se puedeplasmar en una pantalla o película fotográfica.Derecha: se ve igual que el objeto.Invertida: se ve al revés.
  15. 15. Lentes Convergentes Concentran los rayos.Convexas:plano-convexas,biconvexas, etc.
  16. 16. Lentes DivergentesSeparan los rayos, siempre producen imágenes virtuales. Cóncavas: plano-cóncavas, bicóncavas, etc.
  17. 17. EspejosLos focos F y F coinciden. Sólo existe reflexión. Plano Esférico convexo f R/2 Esférico cóncavo
  18. 18. Ecuaciones de Newton Posición y tamaño de las imágenes de espejos y lentes. Posición f: distancia focal. y: tamaño objeto. 1 1 1 y’: tamaño imagen.   f conv  0 s s f f div  0 Tamaño s: posición del objeto. s  0 (izquierda) y s  y s s’ posición de la imagen Izquierda DerechaImagen real: y  y  0 Lente s’<0 s’>0Imagen virtual: y  y  0 Espejo s’>0 s’<0
  19. 19. Instrumentos ópticos Sistemas de lentes y/o espejos.Lupa: Una sola lente convergente.El objeto se coloca entre el foco yla lente. Imagen virtual, derecha ymayor que el objeto.Cámara fotográfica: Consiste enuna cámara oscura con una lenteconvergente móvil. El objeto estámás alejado que el foco. Imagenreal, invertida y menor que el objeto.La lente (objetivo) se mueve hastaque la imagen se forme justo en lapelícula (enfoque).
  20. 20. Anteojos, telescopios y microscopioSistemas compuestos:• Objetivo: puede ser lente (refractor) o espejo (reflector).• Ocular: siempre es una lente.Aumentan el ángulo de rayos que provienen de distanciasmuy lejanas.• Anteojo astronómico: Posee dos lentes convergentes.Imagen virtual (en el ∞), invertida y mayor que el objeto.• Anteojo de Galileo: El ocular es una lente divergente.Imagen virtual (en el ∞), derecha y mayor que el objeto.• Telescopio reflector: El objetivo es un espejo cóncavo.• Microscopio: Objetivo y ocular convergentes. Imagenvirtual, invertida y mayor que el objeto.
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