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Reflexión y refracción de la luz. Lentes delgados. El ojo y los defectos visuales. Instrumentos ópticos: el microscopio.

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  • 1. Conocimientos previos
    • La luz es una onda electromagnética que se propaga en el vacío o en un medio transparente.
    • La rapidez de la luz se mide por:
    • En el vacío o en el aire la rapidez de la luz es:
    • c = 3,00  10 8 m
  • 2. Óptica Y Milachay, L Arrascue, A Macedo
  • 3. Índice de refracción
    • El índice de refracción de un material es:
    • Cuando se transmite luz de un material a otro, la frecuencia de la luz no se altera pero la longitud de la onda y la rapidez de la onda cambian. Si la luz pasa de un medio de índice n a a otro de índice n b entonces,
    •  a f = v a = c/n a
    •  b f = v b = c/n b
    • Tabla 1
    2,417 Diamante 1,655 Vidrio Flint 1,474 Vidrio Pyrex 1,362 Etanol 1,501 Benceno 1,333 Agua 1,000 Aire (0 °C) 1,310 Hielo (0 °C) Índice de refracción (con luz de  589 nm) Compuesto
  • 4. Ejercicios de aplicación
    • Las longitudes de onda de la luz visible están comprendidas entre los 400 nm y los 700 nm . (a) Determine las frecuencias de estas ondas en el aire. (b) Determine las longitudes de onda mínima y máxima de la luz visible en el agua, usando los datos de la tabla 1.
    • Solución:
    • Una lámina de vidrio de índice de refracción n v = 1,50 tiene un espesor de 5,00 mm . ¿Cuánto tarda la luz en atravesarla?
    • Solución:
  • 5. Reflexión y refracción de la luz
    • En una interfaz lisa entre dos materiales ópticos, los rayos incidente, reflejado y refractado, así como la normal a la interfaz, yacen todos en un mismo plano llamado plano de incidencia.
    • La ley de reflexión establece que los ángulos de incidencia y de reflexión son iguales:
    • La ley de refracción o Ley de Snell relaciona los ángulos de incidencia y refracción con los índices de refracción de los materiales:
    • Todos los ángulos se miden a partir de la normal a la superficie.
    http://www.phas.ucalgary.ca/physlets/opticalbench.htm Rayo incidente Rayo reflejado Rayo refractado
  • 6. Refracción de la luz
    • Cuando un rayo se propaga en un material de índice de refracción mayor n a hacia un material de índice de refracción más pequeño n b , hay reflexión total interna cuando el ángulo de incidencia excede el ángulo crítico  crit .
    1 2 Medio b Medio a Fuente de Luz  a  b 3  2  crit >  crit >  crit 4
  • 7. Ejercicios de aplicación
    • El haz de luz mostrado forma un ángulo de 20,0° con la línea normal AA’ en aceite. Determine los ángulos  y  ’. n aceite = 1,48; n agua = 1,33; n aire = 1,00.
    • Solución
    • sen  = 1,48 sen 20,0°,  = 30,4°
    • 1,48 sen 20,0° = 1,33 sen  ´,  ´= 22,4°
    • En la cara más pequeña de un prisma incide luz en dirección normal. Se coloca una gota de líquido en la hipotenusa del prisma. Si el índice de refracción del prisma es de 1,62, encuentre el índice máximo que puede tener el líquido para que la luz se refleje totalmente.
    • Solución
     20,0°  ’ Aire Aceite Agua A A’ 60,0° 30,0°
  • 8. Fibra óptica
    • La reflexión total es el fundamento del uso de las fibras ópticas usadas en telecomunicaciones y en endoscopias para obtener imágenes o transmitir láser de potencia.
    http://www.gonzalodiaz.net/ultrasonido/examenes/endoscopia.shtml
  • 9. Lentes delgadas
    • Una lente es un sistema óptico con dos superficies refractivas cuya distancia entre ellas es casi nula.
    • Tipos de lentes
    • (a) Lentes convergentes: de menisco, plano-convexa y biconvexa.
    • (b) Lentes divergentes: de menisco, plano-cóncava y bicóncava
    Rayos a través de una lente convergente Rayos a través de una lente divergente
  • 10. Lentes delgadas: Ecuación del fabricante Radio de curvatura de la segunda superficie Radio de curvatura de la primera superficie Objeto Imagen
    • s > 0 si el objeto está del lado entrante de la superficie (objeto real)
    • s ´ > 0 si la imagen está del lado saliente de la superficie (imagen real)
    • R > 0 si el centro de curvatura está del lado saliente de la superficie.
    • f > 0 si la lente es convergente
    Regla de signos
  • 11. Ejercicio de aplicación
    • (a) Para una lente biconvexa suponga que el valor absoluto de los radios de curvatura es de 10,0 cm y que el índice de refracción es n = 1,52. ¿Cuál es la distancia focal de la lente? (b) Para una lente bicóncava suponga los mismos datos anteriores y determine la distancia focal.
    • Solución:
    • Métodos gráficos para lentes
    • Dibujar un rayo paralelo al eje que pasa por F 2 (L. Convergente) o que parece provenir de él (L. Divergente)
    • Dibujar un rayo que pase por el centro de la lente.
    • Dibujar un rayo que pasa por F 1 y emerge paralelo.
    F 2 F 1 Biconvexa Bicóncava
  • 12. Defectos visuales
    • En el ojo, la refracción en la superficie de la córnea forma una imagen real en la retina. El ajuste por las diversas distancias de objeto se lleva a cabo oprimiendo el cristalino (lente) para que se abombe y disminuya la distancia focal.
    • Un ojo miope es demasiado largo en relación con su cristalino
    • Un ojo hipermétrope es demasiado corto
    • La potencia de una lente correctiva en dioptrias es la inversa de la distancia focal en metros.
    Ojo normal Ojo miope Ojo hipermétrope
  • 13. Defectos visuales: hipermetropía Objeto cercano Ojo hipermétrope Imagen no enfocada en la retina Lente convergente Imagen enfocada en la retina La lente convergente forma una imagen virtual en el punto lejano del ojo ó más allá de él: actúa como un objeto distante para el ojo
  • 14. Defectos visuales: miopía Objeto distante Imagen no enfocada en la retina Ojo miope Lentes divergentes Imagen enfocada en la retina La lente divergente forma una imagen virtual en el punto cercano del ojo o por dentro de él: actúa como un objeto próximo para el ojo