UNIDAD 3ÓPTICA Y ACÚSTICA

ERIKA ESCALERA NAVA 91L

ÓPTICARama de la Física que está encargada del estudio del comportamiento que presenta la luz, sus

características y las principales manifestaciones que presenta.

LUZEs una radiación que se propaga en forma de ondulatoria y se produce cuando un electrón de un cortical perteneciente a un átomo excitado, pierde energía. La luz es una radiación electromagnética.

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS: Se pueden propagar en el vacío.

LUZ BLANCAEs una luz compuesta por la superposición de todo el espectro de la luz visible. Son rayos incoherentes compuestos por ondas magnéticas de frecuencias y longitudes de onda diferentes.

FUENTE LUMINOSAEs aquella que genera radiaciones que permiten que el ojo sea capaz de visualizarlas. Transforman energía para producir luz. La luz percibida se integra de radiaciones que corresponden con una gran cantidad de frecuencias.

CUERPO ILUMINADOSon cuerpos que no emiten luz propia. Ejemplos: La Luna, La Tierra.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA LUZ

REFLEXIÓN: La luz incide en una superficie lisa, regresando a su medio original. Nos permite ver lo que percibimos como luz reflejándose en otros objetos hacia nuestros ojos.

REFRACCIÓN: La trayectoria de la luz cambia cuando penetra a un medio transparente.

PROPAGACIÓN RECTÍLINEA: La luz viaja en línea recta en forma de ondas perpendiculares a la dirección del desplazamiento.

VELOCIDAD: Puede desplazarse en el vacío a altas velocidades (300,000 km/s), y atravesar sustancias transparentes, decendiendo su velocidad en función de la densidad del medio. Es crucial para la conversión entre masa y energía.

IRRADIACIÓN DE LA LUZ: A partir de una fuente (Sol, Lámpara, Flash, etc.).

INTENSIDAD DE LA LUZ: Potencia de la fuente luminosa y la dureza o puntualidad de la misma.

BRILLANTEZ: Permite trabajar con diafragmas cerrados, con el objeto de obtener mayor profundidad de campo y al mismo tiempo una velocidad de obturación mayor, para congelar el movimiento o en su defecto utilizar una película de grano más fino. La altura de las crestas de las ondas la determinan.

COLOR: Rango de luz visible del espectro electromagnético. También es causado por la división de la luz blanca en sus colores constituyentes al pasar a través de un prisma u otro tipo de medio.

DESCRIPCIÓN DE LA VELOCIDAD DE LA LUZ

En el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 m/s (suele aproximarse a 3·108 m/s), o lo que es lo mismo 9,46·1015 m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado año luz. Se simboliza con la letra c, proveniente del latín celéritās (celeridad o rapidez), y también es conocida como la constante de Einstein. El valor de la velocidad de la luz en el vacío fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983, pasando así el metro a ser una unidad derivada de esta constante. La rapidez a través de un medio que no sea el "vacío" depende de su permitividad eléctrica, de su permeabilidad magnética, y otras características electromagnéticas.

En medios materiales, está velocidad es inferior a “c” y queda codificada en el índice de refracción. En modificaciones del vacío más sútiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones térmicas o presencia de campos externos, la velocidad e la luz depende de la densidad de energía de ese vacío.

CUERPO TRANSPARENTEEs un cuerpo que deja pasar la luz casi totalmente.

CUERPO TRASLÚCIDOProyectan una sombra parcial conocida como penumbra y se da porque la fuente de luz es bloqueada parcialmente por el objeto. Dejan pasar parcialmente la luz y producen una sombra muy tenue.

Penumbra significa casi sombra.

CUERPO OPACOProyectan una sombra más definida llamada umbra. La palabra umbra señala la parte más oscura de una sombra. En la umbra la fuente de luz es completamente bloqueada por el objeto que causa la sombra.

Es un cuerpo que no deja pasar la luz y forman una sombra definida.

COLOREs el aspecto de las cosas que es causado por diferentes cualidades de la luz mientras es

reflejada o emitida por ellas.

¿CÓMO SE MIDE LA LUZ?La unidad de medición de la luz es el nanómetro (nm).

LUZ INCIDENTE: En el que se mide la luz que incide sobre el área de interés. Se mide con un fotómetro externo. Este tipo de medición es la mejor de todas porque mide la luz sobre el área de interés, siempre que éste sea alcanzable. Se utiliza sobre todo en cine, televisión, retratos o fotografía de moda.

LUZ REFLEJADA: En el que se mide la luz que refleja el área de interés. Es el método que usan los fotómetros internos de las cámaras de fotos. Es muy cómodo porque está integrado dentro de la cámara de fotos y nos permite más agilidad a la hora de fotografiar, además de poder medir la luz en objetos que no se pueden alcanzar. Este tipo tiene el problema de que si se refleja demasiada luz la medición de la cámara puede no ser correcta. Por eso se han diseñado varios tipos de medición de luz reflejada diferentes.

ESPEJOEs una superficie que tiene la capacidad de reflejar una imagen de la realidad. Los espejos están siempre compuestos de vidrio, aunque la tonalidad y la nitide de lo que reflejan puede variar dependiendo del tipo de vidrio.

CLASIFICACIÓN DE LOS ESPEJOS

ELEMENTOS DE LOS ESPEJOS ESFÉRICOS

CAMPO DEL ESPEJO: Conjuto de puntos del espacio por los cuales pueden pasar los rayos luminosos que inciden en la superficie reflectora.

CENTRO DE UNA CURVATURA: Punto del espacio equidistante de todos los puntos del espejo. RADIO DE UNA CURVATURA: Distancia del centro de una curvatura al espejo. Punto del espacio equidistante de todos los puntos del

espejo. VÉRTICE DEL ESPEJO: Punto medio del espejo. EJE PRINCIPAL: Recta que pasa por el centro de la curvatura y el vértice del espejo. PLANO FOCAL: Plano perpendicular al eje principal situado a una distancia r/2 del espejo. FOCO: Punto de intersección del plano focal y el eje principal. DISTANCIA FOCAL: Distancia que hay desde el foco hasta el vértice del espejo.

ESPEJO PLANO: Superficie plana y lisa que refleja la luz de manera regular.

ESPEJO CÓNCAVO: Si se examina la superficie interna de una cuchara se tiene un espejo cóncavo, el cual refleja la luz. Está conformado por un número muy grande de espejos planos pequeños montados sobre la superficie de una esfera.

ESPEJO CONVEXO: Es un obejto esférico que refleja luz desde la superficie externa. Ejemplo: La parte externa de una cuchara. Los rayos reflejados siempre divergen y, por tanto, no forman imágenes reales.

LENTEEs un elemento óptico transparente, fabricado con vidrio, cristal o plástico, que refracta la luz para formar una imagen. Una lente puede tener superficies cóncavas o convexas, de manera que la luz paralela que incide sobre ella sea refractada bien hacia el plano focal, como en una lente convergente, o bien desde él, como en una lente divergente.

CLASIFICACIÓN DE LOS LENTESCARACTERÍSTICAS DE LOS ESPEJOS PLANOS

1) ES VIRTUAL: ALser divergentes los rayos reflejados de la imagen reflejada se obtiene prolongando las direcciones de éstos rayos hasta que coinciden. No se forma sobre ninguna superficie sino que se ve como si estuviera dentro del espejo.

2) TAMAÑO DE LA IMAGEN: Similar al del objeto original.

3) IMAGEN DERECHA: Conserva la misma orientación que el objeto pero presenta inversión lateral ya que los lados derecho e izquierdo se invierten.

4) IMAGEN SIMÉTRICA: Se encuentra a la misma distancia del espejo que el objeto.

CARACTERÍSTICAS DE LOS ESPEJOS ESFÉRICOS

1) Es aquel cuya superficie tiene un radio de curvatura (R) constante.

2) En función de si el objeto se refleja en el interior o el exterior de la esfera, es posible distinguir dos tipos de espejos esféricos:Espejos Cóncavos, son aquellos cuya superficie reflectora está en su interior.Espejos Convexos, la superficie reflectora está en su parte externa.

3) Una característica especial de los espejos esféricos es que su distancia focal siempre es la mitad de su radio de curvatura: f = R/2

IMAGEN VIRTUALEs aquella que se forma cuando los rayos procedentes de una fuente emisora de luz, tras atravesar un sistema óptico, lo hacen con rayos divergentes, de manera que si prolongamos estos rayos en sentido contrario al de la propagación de la luz, se cortan en un punto O’ al que se le llama imagen virtual de O. Las imágenes virtuales no se pueden proyectar sobre una pantalla, tienen que ser vistas situando directamente el ojo en el trayecto de la luz.

IMAGEN REALEs aquella que se forma cuando los rayos de luz procedentes de una fuente, tras pasar por un sistema óptico, lo abandonan convergentemente. Está imagen no la podemos percibir directamente con nuestro sentido de la vista, pero puede registrarse colocando una pantalla en el lugar donde convergen los rayos.

¿CÓMO SE FORMAN LAS IMÁGENES EN LOS ESPEJOS?

La formación de imágenes en los espejos son una consecuencia de la reflexión de los rayos luminosos en la superficie del espejo. La óptica geométrica explica este familiar fenómeno suponiendo que los rayos luminosos cambian de dirección al llegar al espejo siguiendo las Leyes de laRreflexión.

Suponiendo un punto P, que emite o refleja la luz, y que está situado frente a un espejo, el punto simétrico respecto al espejo es el punto P'. Desde este punto salen infinitos rayos que se reflejan en el espejo (cumplen las Leyes de la Reflexión) y divergen.

El ojo capta los rayos, y con la ayuda de la córnea y del cristalino (lentes), los hace converger en la retina. Al cerebro, al interpretarlos, parece que le llegan todos desde un punto P' situado detrás del espejo. El punto P' es la imagen de P.

Para construir el esquema de la marcha de los rayos procedemos de la siguiente manera: Para cada punto del objeto hallamos su simétrico respecto al espejo: del punto P obtenemos el punto P'. Trazamos rayos desde P hasta el espejo. Los rayos reflejados se obtienen prolongando la recta de unión de P' con el

punto de impacto del rayo que va de P al espejo. El rayo incidente y el rayo reflejado forman el mismo ángulo con la normal.

Los rayos siguen, desde el objeto hasta el ojo el camino más corto, por lo que emplean un tiempo mínimo (Fermat). De la misma manera construimos imágenes de los demás puntos de un objeto material .

El resultado es que el ojo ve ese conjunto de puntos detrás del espejo y simétricos con el objeto: esa es su imagen.

La imagen del objeto no se puede recoger sobre una pantalla porque los rayos divergen y no se concentran en ningún punto, pero el sistema óptico del ojo si puede concentrar esos rayos en la retina.

Cuando estamos frente a un espejo plano, nuestra imagen, y todas las imágenes que vemos son:

SIMÉTRICAS: Aparentemente están a la misma distancia del espejo que el objeto.

VIRTUALES: Se ven como si estuvieran dentro del espejo, no pueden recogerse sobre una pantalla, pero si pueden ser vistas por nuestro ojo cuando miramos al espejo. Las lentes de nuestro ojo, cristalino y córnea, se encargan de enfocar y de concentrar los rayos que divergen sobre nuestra retina.

DEL MISMO TAMAÑO: Que el objeto.

DERECHAS: Conservan la misma posición que el objeto.

DIOPTRIAEs una unidad de medida que con valores positivos o negativos expresa el poder de refracción de una lente o potencia de la lente y equivale al valor recíproco o inverso de su longitud focal (distancia focal) expresada en metros. Concretamente sirve para medir la potencia de las lentes, y graduación de las personas.

¿CÓMO SE CALCULA UNA DIOPTRIA?

Para calcular una dioptria se necesita conocer la distancia en la que a cierta focal dada, un lente logra su máxima nítidez, y dividir 1metro (100cm) entre esa cantidad.

EJEMPLO: Canon 28mm f1.8 USM, que con una distancia mínima de enfoque de 25cm, tiene una fuerza de dioptría de +4, que resulta de dividir 100/25 y que es más o menos coherente con los datos publicados en la infografía (4d | 10" = 25cm).

¿CÓMO PERCIBE EL OJO HUMANO LA LUZ?

La luz se refleja en los objetos y se introduce en el globo ocular a través de una capa transparente de tejido situada en la parte anterior del ojo que se denomina córnea. La córnea acepta los rayos de luz divergentes y los dirige hacia la pupila – la abertura oscura en el centro de la parte pigmentada del ojo.

La pupila parece dilatarse o contraerse automáticamente según sea la intensidad de la luz que ingrese al ojo. En verdad, esta acción es controlada por el iris – un anillo musculoso dentro de la parte pigmentada del ojo que adapta la abertura de la pupila en base a la intensidad de la luz.

La luz modificada pasa a través del cristalino del ojo. Ubicado detrás de la pupila, el cristalino automáticamente modifica el trayecto de la luz y hace que los rayos luminosos converjan sobre el área receptora en la parte posterior del ojo: la retina.

La retina, una sorprendente membrana llena de fotorreceptores (también conocidos como "conos y bastones"), convierte los rayos de luz en impulsos eléctricos. Éstos viajan a través del nervio óptico situado en la parte posterior del ojo hacia el cerebro, donde finalmente se percibe una imagen.

¿QUÉ TIPOS DE LENTES CORRIGEN LOS DEFECTOS DE

LA VISIÓN?LENTES PARA CORREGIR MIOPÍA: Son más delgados en el centro, más gruesos en los bordes y cóncavos para desviar la luz y que así llegue más atrás en el ojo y alcance la retina.

LENTES PARA CORREGIR HIPERMETROPÍA: Son más gruesos en el centro, más delgados en los bordes y son convexas para desviar la luz hacia adelante en el ojo con el objetivo de alcanzar la retina.

LENTES PARA CORREGIR ASTIGMATISMO: Alteran la manera en que la luz entra al ojo.

LENTES PARA LEER: Contienen lentes monofocales que mejoran la visión de cerca para las personas con hipermetropía o presbicia, que es una condición progresiva asociada con el envejecimiento.

LENTES MULTIFOCALES: Proporcionan una corrección de la visión a la distancia y de cerca, sin la necesidad de 2 pares de anteojos. Algunas de éstas lentes tienen marcadas líneas que dividen cada área de corrección.

LENTES BIFOCALES: Corrigen la visión a distancia en la parte superior y la visión de cerca en la parte inferior.

LENTES TRIFOCALES: Consta de una corrección adicional intermedia de distancia directamente por encima de la corrección de la visión de cerca.

LENTES PROGRESIVAS: Hacen líneas invisibles y las correcciones a distancia y de cerca se mezclan en una progresión gradual.

LENTES ANTIREFLEJANTES: Ayudan a reducir el deslumbramiento y los reflejos. Están recubiertas con una sustancia que permite que la luz pase, aliviando el deslumbramiento y reduciendo la fatiga ocular. Las lentes de alta definición, disponibles en forma libre y con formatos de frente de onda, también ayudan a reducir el deslumbramiento.

LENTES FOTOCROMÁTICOS O DE TRANSICIÓN: Se oscurecen cuando se exponen a la luz solar y se iluminan en el interior. Eliminan la necesidad de tener gafas de sol por separado y proporcionan una protección UV del sol, que puede causar daño en la retina, degeneración macular y fotoqueratitis o quemadura en los ojos.

TIPOS DE LENTESMIOPIA

Se produce en ojos con un globo ocular anormalmente grande, el cristalino no enfoca bien y la imagen de los objetos lejanos se forma delante de la retina y no en su superficie. Los miopes ven borrosos los objetos lejanos, pero bien los cercanos. Se corrige con lentes divergentes, que trasladan la imagen más atrás.

HIPERMETROPIA El globo ocular es más pequeño de lo normal y la imagen de los objetos cercanos se forma detrás de la retina. Los hipermétropes ven mal de cerca pero bien de lejos. Se corrige usando lentes convergentes.

ASTIGMATISMO Es un defecto muy habitual que se debe a deformaciones en la curvatura de la córnea. La visión no es nítida.

PRESBICIAEs una condición ocular relacionada con la edad que hace difñicil ver las cosas de cerca. Significa “Ojo Envejecido”

FUNCIONAMIENTO DE UNA LUPA

La lupa es un instrumento óptico que sirve para ampliar la imagen de los objetos que consiste en una lente de aumento que se encuentra sostenida por un mango previamente conectado.

FUNCIONAMIENTOEl efecto que da el lente de una lupa se debe a la contextura y los componentes que la conforman, al ser un lente convexo es de tipo esférico, formado por dos vidrios que son algo más gruesos en el centro que en los bordes exteriores. Este grosor se debe a que el vidrio se arquea desde del centro hacia fuera. En este sentido la forma del vidrio distorsiona la manera en que vemos la imagen del otro lado.

FUNCIONAMIENTO DE UN TELESCOPIO

El telescopio es un dispositivo conformado por una serie de lentes, que permiten aumentar objetos que se encuentran a grandes distancias. Es un instrumento que funciona de acuerdo a los principios ópticos de la física, tomando la luz que ingresa por su lente y enfocándola en un punto determinado. Al momento de visualizar una imagen, entran en juego los oculares, que son los encargados de ubicar en un punto la luz concentrada en el objetivo, llamándose plano focal. Cabe aclarar que los encargados de proporcionar los distintos niveles de aumento son los oculares. Según la disposición que tengan dentro del telescopio será mayor o menor el grado de aumento.

TELESCOPIOS REFLECTORES: Diseñados con un espejo principal, denominado espejo primario u objetivo, dotado con cierta curvatura que concentra la luz en un solo punto. Pueden diseñar y fabricar espejos de grandes dimensiones para la percepción de imágenes.

TELESCOPIOS REFRACTORES: Constituído por una lente o serie de lentes, que varían en cantidad según el modelo de telescopio seleccionado. No poseen obstrucción central y las imágenes percibidas son muy nítidas, ideal para observaciones planetarias o lunares.

FUNCIONAMIENTO DE UN MICROSCÓPIO

Un microscopio debe recoger la luz de una pequeña área de una fina muestra, de esta forma se iluminará bien al espécimen, por lo que no necesita objetivos grandes. El objetivo del microscopio es pequeño y esférico, lo que significa que tiene una longitud focal más corta, a cada lado. Esto aporta la imagen del objeto que se encuentra en el foco a una distancia corta dentro del tubo del microscopio. La imagen se magnifica por una segunda lente, llamada lente ocular, al ponerse en el ojo.

Un microscopio tiene una fuente de luz y un condensador. El condensador tiene un sistema de lentes que focaliza la luz de la fuente hacia el pequeño punto del espécimen, la misma área que el objetivo examina. Los microscopios tienen objetivos intercambiables y oculares fijos. Cambiando las lentes del objetivo, un microscopio puede aportarnos a la vista áreas cada vez más pequeñas.