capitulo #1 naturaleza de la luz y Óptica geométrica

Download Capitulo #1 Naturaleza de La Luz y Óptica Geométrica

Post on 12-Oct-2015

17 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • En un sentido amplio, la luz es la zona del espectro de radiacin

    electromagntica que se extiende desde los rayos X hasta las microondas, e

    incluye la energa radiante que produce la sensacin de visin.

    La ptica estudia los fenmenos relacionados con la luz.

  • La luz tiene una naturaleza dual se comporta como onda y a la vez

    como partcula.

    Como onda se manifiesta en los fenmenos de difraccin,

    interferencia y polarizacin.

    Como partcula se manifiesta en el efecto foto elctrico, radiacin de

    cuerpo negro y espectros atmicos entre otros.

    Einstein explic el

    efecto fotoelctrico por

    medio de corpsculos

    de luz que l llam

    fotones.

    Naturaleza de la luz

  • La longitud de onda () es la distancia a lo largo de la direccin de propagacin entre dos puntos con la misma fase, es decir,

    puntos que ocupan posiciones equivalentes en la onda.

    En el espectro visible, las diferencias en longitud de onda se

    manifiestan como diferencias de color.

    El rango visible va desde 350 nanmetros (violeta) hasta 750

    nanmetros (rojo).

    La luz blanca es una mezcla de todas las longitudes de onda

    visibles.

  • Cuerpos luminosos.- Aquellos que pueden producir luz

    propia .Ejemplo: Lmpara, sol.

    Cuerpos iluminados.- Aquellos que reciben luz de

    fuentes lumnicas .Ej. Silla, mesa.

    Cuerpos transparentes.- Aquellos que cuando la luz pasa

    a travs de ellos prcticamente no se altera. Ej. Agua pura,

    aire.

    Cuerpos opacos.- Aquellos que no permiten el paso de

    luz.

    Cuerpos traslcidos.- Aquellos que si bien permiten el

    paso de la luz, no permiten precisar la forma de los objetos

    a travs de ellos.

  • La ptica fsica (ondulatoria) estudia los fenmenos

    ondulatorios de la luz: interferencia, difraccin y

    polarizacin.

    La ptica cuntica (corpuscular) estudia los fenmenos

    corpusculares de la luz: efecto fotoelctrico, efecto

    Compton.

    La ptica geomtrica estudia los fenmenos luminosos

    para los cuales es irrelevante la naturaleza de la luz:

    reflexin y refraccin.

    En la ptica geomtrica se prescinde de la teora

    ondulatoria de la luz y se supone que la luz no se difracta.

    Este campo de la ptica se ocupa de la aplicacin de las

    leyes de reflexin y refraccin de la luz al diseo de

    lentes y otros componentes de instrumentos pticos.

  • La aproximacin de rayos en ptica Para describir las direcciones de propagacin de la luz,

    suele ser conveniente representar una onda de luz

    mediante RAYOS.

    La luz se desplaza en lnea recta.

    Esta aproximacin supone que

    una onda viaja por un medio

    uniforme en lneas rectas en la

    direccin de los rayos.

    El rayo es la lnea de avance, o

    direccin de propagacin, de la

    energa radiante y, por tanto,

    perpendicular al frente de onda.

    P.Vista Ondulatorio

  • Esta aproximacin es vlida aun cuando la onda llegue a

    una abertura circular cuyo dimetro es mucho ms

    grande en relacin con la longitud de onda.

    La trayectoria de los rayos a travs de un sistema

    ptico se determina aplicando las leyes de reflexin y

    refraccin.

    REFLEXION Y REFRACCION

  • RAYO INCIDENTE, REFLEJADO Y REFRACTADO

    La luz siempre se propaga ms lentamente dentro de un material que en el vaco.

    El valor n se lo conoce como ndice de refraccin y constituye la razn entre la

    rapidez de la luz en el vaco (c) respecto a su rapidez v dentro del material.

  • La relacin entre la velocidad de la luz en el vaco y la

    velocidad, de una longitud de onda determinada, en una

    sustancia se conoce como ndice de refraccin (n) de la

    sustancia para dicha longitud de onda.

    nv

    cn

    El ndice de refraccin del aire es 1,0003 y apenas vara con la

    longitud de onda. En la mayora de las aplicaciones resulta

    suficientemente preciso considerar que es igual a 1.

    A medida que la luz viaja de un medio a otro, su frecuencia no

    cambia pero su longitud de onda s.

    v es inversamente proporcional a n, entonces mientras mayor sea el ndice

    de refraccin de un material, menor ser la rapidez de onda dentro de ese

    material.

  • Reflexin y refraccin

    Si un rayo de luz incide sobre la

    superficie de un segundo medio

    homogneo, parte de la luz es

    reflejada y parte entra como rayo

    refractado en el segundo medio,

    donde puede o no ser absorbido.

    La cantidad de luz reflejada

    depende de la relacin entre los

    ndices de refraccin de ambos

    medios.

  • La reflexin en un ngulo

    definido desde una superficie

    lisa se denomina Reflexin

    Especular

    La reflexin dispersa desde una

    superficie spera se denomina

    Reflexin Difusa

  • 1. El rayo incidente (suponer un rayo de luz incidente sobre una

    superficie plana y lisa), el rayo reflejado y la normal en el punto de

    incidencia se encuentran en un mismo plano.

    2. El ngulo de incidencia es igual al ngulo de reflexin para todas

    las longitudes de onda y para cualquier par de materiales.

  • Ejercicio # 1

    Dos espejos forman un ngulo de 120 entre s, como se ve en la

    figura. Un rayo incide sobre el espejo M1 a un ngulo de 65 con la

    normal. Encuentre la direccin del rayo despus de que ste se

    refleja desde el espejo M2.

  • Solucin # 1

    Dos espejos forman un ngulo de 120 entre s, como se ve en la

    figura. Un rayo incide sobre el espejo M1 a un ngulo de 65 con la

    normal. Encuentre la direccin del rayo despus de que ste se

    refleja desde el espejo M2.

  • Suponer un rayo que viaja de un

    medio transparente a otro medio

    transparente.

    La razn de los senos de los

    ngulos incidente y refractado

    (ngulos medidos desde la

    normal a la superficie) es igual a

    la relacin inversa de los ndices

    de refraccin.

    El ngulo de refraccin, 2, depende de

    las propiedades de los dos medios y del

    ngulo de incidencia.

    ctev

    v

    sen

    sen

    1

    2

    1

    2

    sennsenn 2211

  • ctev

    v

    sen

    sen

    1

    2

    1

    2

    La trayectoria de un rayo

    luminoso a travs de una

    superficie refractora es

    reversible. Qu significa esto ?

  • nv

    c

    medioelenluzladeRapidez

    vacoelenluzladeRapidezn

    La velocidad de la luz en cualquier material es menor que la

    velocidad de la luz en el vaco.

    Con respecto al ndice de refraccin:

    1.- n es un nmero adimensional , usualmente mayor que la unidad . 2.- Es igual a la unidad para el vaco.

    A medida que la luz viaja de un medio a otro, su frecuencia no cambia

    pero su longitud de onda s.

    n

    nv

    v

    n

    n 0

    2

    1

    2

    1

    1

    2

  • A medida que la luz

    viaja de un medio a

    otro, su frecuencia no

    cambia pero su

    longitud de onda s.

    1

    2

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    /

    /

    n

    n

    nc

    nc

    v

    v

    nn

    n 0

    LONGITUD DE ONDA DE LA LUZ EN UN MATERIAL

  • Pregunta Conceptual

    Las leyes de la reflexin se cumplen para el caso de la reflexin

    difusa ?

    a) Verdadero (T)

    b) Falso (F)

  • Pregunta Conceptual

    El ndice de refraccin:

    a) Siempre es mayor o igual que 1

    b) Es adimensional

    c) Es inversamente proporcional a la velocidad de la luz en un medio

    d) Los literales a y c son correctos

    e) Los literales a, b y c son correctos

  • Ejercicio # 2 Un rayo de luz incide sobre una superficie plana que separa

    dos sustancia transparentes, de ndices 1.60 y 1.40. El

    ngulo de incidencia es de 300 y el rayo procede del medio

    de mayor ndice.

    Determine el ngulo de refraccin.

    Respuesta: 2= 34.80

  • Ejercicio # 3

    Dos superficies especulares se encuentran segn un ngulo de

    135. Si los rayos de luz tocan una superficie a 40 como se

    muestra, con qu ngulo salen de la segunda superficie?

  • Pregunta Conceptual

    Si el haz (1) representa el haz incidente en la figura, cules de las

    otras cuatro lneas representan haces reflejados?

    a) 2 y 4

    b) 3 y 5

    c) 2 y 5

    d) 3 y 4

  • POSICION APARENTE DE UN OBJETO

    b) Los rayos luminosos provenientes de debajo de la superficie

    cambian de direccin en la interfaz del aire y el agua, de modo

    que los rayos parecen provenir de una posicin situada arriba de

    su punto de origen real.

  • POSICION APARENTE DE UN OBJETO

  • Pregunta Conceptual

    Una persona observa la imagen de un pez dentro de un lago. l

    desea capturarlo, lanzando un arpn al agua. Para lograr su

    objetivo, suponiendo que el agua no afecte la trayectoria del

    arpn, debe lanzarlo:

    a) Arriba de donde se ve el pez

    b) Abajo de donde se ve el pez

    c) Donde se ve el pez (posicin aparente)

    Y si dispone de un lser potente, en que direccin debe

    apuntar?

  • Pregunta Conceptual

    Un rayo de luz que se propaga en el aire, incide en el punto O de un

    bloque de vidrio, como se indica en la figura. La trayectoria de

    este rayo, luego de refractarse en el interior del vidrio, estar mejor

    representada