refracción de la luz
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Refracción de la luz
Hernán Verdugo FabianiProfesor de Matemática y Física
www.hverdugo.cl
RefracciónRefracciónEl fenómeno de la refracción ocurre cuando una onda al pasar de un medio a otro desvía su trayectoria. También cambia la velocidad de propagación de la onda.
En el fenómeno de la refracción es útil reconocer l os siguientes términos.
Medio de densidad 2.Rayo de luz incidente
Medio de densidad 1.
Rayo de luz incidente
Rayo de luz refractado
αi
αR
frontera
normal
Ángulo de incidencia
Ángulo de refracción
Índice de refracciónÍndice de refracciónSe relaciona con el cambio de velocidad de propagac ión que experimenta una onda al pasar de un medio a otro.
Corresponde al cociente entre la velocidad de la lu z en el vacío y su velocidad en el medio donde se propaga.
Un cálculo convenienteUn cálculo conveniente¿Cuál es la velocidad de la luz en el agua?
De acuerdo a la tabla que se mostró, el índice de r efracción del agua es 1,33 y la velocidad de la luz en el vacío es 3x10 8 m/s.
Situaciones posiblesSituaciones posiblesLa desviación de un rayo de luz cuando se refracta d epende de los índices de refracción de cada medio.
Si el primer medio tiene un índice de refracción menor que el del segundo medio. Entonces el ángulo
Si el primer medio tiene un índice de refracción mayor que el del segundo medio. Entonces el ángulo segundo medio. Entonces el ángulo
de refracción es menor que el de incidencia. El rayo refractado se acerca a la normal.
Medio 1
Medio 2
segundo medio. Entonces el ángulo de refracción es mayor que el de incidencia. El rayo refractado se aleja de la normal.
Medio 1
Medio 2
También hay reflexiónTambién hay reflexiónCuando se produce el fenómeno de la refracción simu ltáneamente también ocurre la reflexión.
No nos olvidemos que la reflexión ocurre cuando una onda, luz en nuestro caso, al ir propagándose por un medio se encuentra con otro.
En internet
Reflexión interna totalReflexión interna total
Ocurre cuando la luz pasa de un medio de mayor índic e de refracción a uno de menor valor. Por ejemplo cuando pasa del agua al ai re.
La luz refractada, en este caso, se aleja de la norm al. Si se aumenta el ángulo de incidencia también aumenta el ángulo de refracción.
Si se sigue aumentando el ángulo de incidencia ocur rirá que la luz se alejará tanto de la normal que ahora se desviará en la dirección de la frontera entre los dos medio.
Si se aumenta más el ángulo de incidencia entonces ya no ocurrirá la refracción, en cambio se producirá una reflexión. Y a este tipo de reflexión se le llama “reflexión interna total”.
Reflexión interna total
Reflexión totalReflexión total
En la fibra óptica En un prisma
En el agua
Fenómenos asociados a la Fenómenos asociados a la refracción de la luzrefracción de la luz
Espejismo
Cuando las capas de aire cercanas al suelo están más calientes, la luz se refracta y finaliza con la reflexión total, desviándose la luz hacia arriba, donde el aire está más frío.
El observador, en éste caso, ve el objeto invertida y hacia abajo.
Cuando las capas de aire cercanas al suelo están más frías, la l uz se refracta y finaliza con la reflexión total, desviándose la luz hacia abajo, donde el aire está más frío.
El observador, en éste caso, ve el objeto invertida y hacia arriba.
Fenómenos asociados a la Fenómenos asociados a la refracción de la luzrefracción de la luz
Prisma y luz
Un rayo de luz monocromática cuando incide en una cara de un prisma ingresa a él produciéndose una refracción y cuando sale nuevamente se produce otra refracción.
Si el prisma es de base cuadrada el rayo refractado por segunda vez toma una dirección paralela al rayo incidente.
αi
αr
En internet
Fenómenos asociados a la Fenómenos asociados a la refracción de la luzrefracción de la luz
Prisma y luz
Un rayo de luz monocromática cuando incide en una cara de un prisma ingresa a él produciéndose una refracción y cuando sale nuevamente se produce otra refracción.
Si el prisma es de base triangular el rayo refractado por segunda vez toma una dirección diferente a la del rayo de luz incidente.
Fenómenos asociados a la Fenómenos asociados a la refracción de la luzrefracción de la luz
Prisma y dispersión de la luz
Si ahora la luz que incide es luz blanca, entonces al entrar al prisma la luz blanca se descompone en los colores que la forma.
Y debido a que la luz roja se refracta menos que la violeta se producirá lo siguiente:
Fenómenos asociados a la Fenómenos asociados a la refracción de la luzrefracción de la luz
Arco IrisConsideremos una gota de agua.
Un rayo de luz blanca, proveniente del sol, incide en la gota, ingresa a ella, se refracta y se produce una reflexión total dentro de la gota.total dentro de la gota.Así, la luz ya dispersada dentro de la gota vuelve a incidir, ahora por dentro de ella, y sale produciéndose una nueva refracción.Finalmente, la luz blanca que ingresó a la gota de agua, sale dispersada en los colores que van a formar el arco iris.
Esto, al ocurrir simultáneamente con una enorme can tidad de gotas de agua, produce el efecto que conocemos como arco iris. Aquí ocurre entonces: refracción, reflexión total y disp ersión de la luz.
Posición aparente del SolPosición aparente del Sol
Cuando observamos el Sol tenemos una apreciación errónea acerca de su verdadera posición.
Esto se debe a que los
Posición aparente del Sol
Esto se debe a que los rayos del Sol al entrar a la atmósfera terrestre se refractan en ella y cambian de dirección.
Hay otra circunstancia que tiene que ver con la desviación que sufre la luz del Sol al entrar a la atmósfera de la Tierra, pero por ahora eso no lo consideraremos.
Posición real del Sol
Luz y lentesLuz y lentes
Partes de una lente
F FC CV
Centro de curvatura Foco
Eje óptico
Vértice
Distancia focal
La luz cuando pasa a través de una lente se refracta dos veces. Al interior de la lente y cuando sale de ella.
El cómo se refracta depende del tipo de lente.
Luz y lentes
Pero, para efectos prácticos:
En internet.
Lentes y luzLentes y luzVeamos el comportamiento de los rayos de luz al pasa r por lentes convergentes.
Primero veamos que ocurre con rayos de luz que son p aralelos al eje óptico.
En la lente convergente los rayos refractados convergen en el foco.
En la lente divergente la proyección de los rayos refractados convergen en el foco.
E.O. E.O.
F F
foco.
Lentes y luzLentes y luzAhora veamos que ocurre con rayos de luz que se diri gen al foco de la lente.
En la lente convergente los rayos refractados emergen paralelos al eje óptico.
En la lente divergente los rayos refractados emergen paralelos al eje óptico.
E.O. E.O.
F F
óptico. óptico.
Lentes y luzLentes y luzAhora veamos que ocurre con un rayo que se dirige a l
centro de la lente (o vértice).
En la lente convergente el rayo emerge sin refractarse.
En la lente divergente el rayo emerge sin refractarse.
E.O. E.O.
V V
Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergente
observadorimagen
F FEje óptico
objetoSi un objeto se coloca entre la lente y el foco.Y un observador lo mira a través de la lente.
V
La imagen está derecha.
La imagen se ve más grande.
La imagen la determina la intersección de la prolongación de los rayos refractados
La imagen es de tipo “virtual”.
En internetinternet.
Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergente
objeto
observador
En internet.
F FEje óptico
Si un objeto se coloca en el foco.
Y un observador lo mira a través de la lente.
V
La imagen no se forma (no se vería el objeto), o también se puede decir que la imagen se forma en el infinito.
Los rayos refractados emergen paralelos de la lente.
Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergenteobjeto observador
En internet.
F FEje óptico
Si un objeto se coloca entre el foco y el centro de curvatura.
Y un observador lo mira a través de la lente.
Vimagen
C
La imagen se forma invertida.
La imagen se ve más grande.
La imagen es real pues se forma con los rayos refractados.
Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergente
objeto observador
En internet.
F FEje óptico
Si un objeto se coloca en el centro de curvaturaY un observador lo mira a través de la lente.
Vimagen
C
La imagen se forma invertida.
La imagen se ve del mismo tamaño que el objeto.
La imagen es real pues se forma con los rayos refractados.
C
La intersección de los rayos refractados determina la posición de la imagen.
Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente convergente
objeto
imagen
observador
En internet.
F FEje óptico
La imagen aparece invertida.
Debido a que se forma con los rayos refractados, la imagen es “real”.
imagen
Si un objeto se coloca más allá del foco.
La imagen es más pequeña que el objeto
Y un observador lo mira a través de la lente.
La intersección de los rayos refractados determina la posición de la imagen.
C
Formación de imágenesFormación de imágenes
Lente divergente
objeto observador
En internet
F FEje óptico
La imagen aparece derecha.
La imagen es de tipo “virtual”.
imagenSi un objeto se coloca en cualquier parte.
La imagen es más pequeña que el objetoY un observador lo mira a través de la lente.
Se interceptan un rayo incidente y una proyección de un rayo refractado. Ahí se forma la imagen.
C CV
La luz y el ojoLa luz y el ojo
Formación de imágenes en el ojoFormación de imágenes en el ojo
A
Los rayos de luz emitidos por el objeto pasan por la córnea, luego pasan a través de la pupila, de ahí el iris
Coloquemos un objeto delante del ojo.
A Ala pupila, de ahí el iris regula la cantidad de luz que pasa al ojo.
La luz pasa a través del cristalino, que actúa como lente convergente.
Y la imagen del objeto que se está viendo se forma, al revés, en la retina.
De la retina pasa la información al nervio óptico y de ahí al cerebro .
Visión normalVisión normalSe tiene una visión normal si la imagen de un objet o que se está
mirando se forma exactamente en la retina del ojo.
A A
Visión defectuosaVisión defectuosaMiopía
La miopía aparece cuando la imagen de un objeto se forma
delante de la retina.
Este problema se corrige con una lente divergente.
A
A
A A
Visión defectuosaVisión defectuosaHipermetropía
La hipermetropía aparece cuando la imagen de un
objeto se forma detrás de la retina.
Este problema se corrige con una lente convergente.
A
A
A A
Visión defectuosaVisión defectuosaAstigmatismo
Ocurre cuando la córnea tiene más curvatura en una
dirección que en otra. Los rayos de luz no coinciden en
un mismo punto.
Este problema se corrige con una lente cilindrica.
un mismo punto.
A A
Algunos instrumentos ópticosAlgunos instrumentos ópticosTelescopio de Newton o de reflexión
Algunos instrumentos ópticosAlgunos instrumentos ópticosTelescopio de Galileo o de refracción
Algunos instrumentos ópticosAlgunos instrumentos ópticosMicroscopio
Microscopio de barrido. Permite ver partículas invisibles para el ojo humano.
Algunos instrumentos ópticosAlgunos instrumentos ópticosOtros
Proyector de diapositivas
Retroproyector
Cámara fotográfica
periscopio
prismáticos catalejo
PrismaPrisma
Un prisma es un cuerpo geométrico que tiene dos car as poligonales iguales y paralelas, llamadas bases, mientras que las demás c aras son rectangulares.
Hay prismas de diversas formas, pero el que más nos interesa por ahora es el de bases triangulares.
Además, por razones evidentes, nos interesan los pri smas de materiales transparentes.transparentes.
Arco IrisArco Iris
El arco iris es un fenómeno óptico y meteorológico.
Fue explicado por primera vez en 1611 por Antonius de Demini. La actual teoría que lo explica se debe a Thomas Young, Potter y Airy.
Para que una persona vea un arco iris, debe estar con su espalda al sol.
Para que se forme el arco iris es necesario que la luz que sale de las gotas de agua Para que se forme el arco iris es necesario que la luz que sale de las gotas de agua lo hagan con un ángulo de 42º respecto a la luz incidente.
Ver en internet
LenteLente
Una lente es un trozo de material transparente. Pued e ser de vidrio, plástico, acrílico. Incluso una gota de agua a veces se comp orta como lente.
plano
plano convergente bicóncavo o
divergente
menisco cóncavoplano
biconvergente o convergente
menisco convergente
divergente
plano cóncavo
Lente convergenteLente convergente
La lente convergente usualmente se conoce como lupa.
Y, en general, sirve para ver objetos más pequeños.