Refraccion de La Luz

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Profesor: Juan Pedro Araneda Barker Profesor: Juan Pedro Araneda Barker

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 los siguientes términos.

Medio de densidad 1.

Medio de densidad 2.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 propagación que experimenta una onda al pasar de un medio a otro.

Corresponde al cociente entre la velocidad de la luz 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 refracción del agua es 1,33 y la velocidad de la luz en el vacío es 3x108 m/s.


Situaciones posiblesSituaciones posiblesLa desviación de un rayo de luz cuando se refracta depende 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 de refracción es menor que el de incidencia. El rayo refractado se acerca a la normal.

Medio 1

Medio 2

Si el primer medio tiene un índice de refracción mayor que el del 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 simultáneamente 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 totalReflexión total

Ocurre cuando la luz pasa de un medio de mayor índice de refracción a uno de menor valor. Por ejemplo cuando pasa del agua al aire.

La luz refractada, en este caso, se aleja de la normal. Si se aumenta el ángulo de incidencia también aumenta el ángulo de refracción.

Si se sigue aumentando el ángulo de incidencia ocurrirá 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 total”.

Profesor: Juan Pedro Araneda Barker Profesor: Juan Pedro Araneda Barker Reflexión 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.



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



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.



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:



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.

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 cantidad de gotas de agua, produce el efecto que conocemos como arco iris. Aquí ocurre entonces: refracción, reflexión total y dispersión 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 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 aparente del Sol

Posición real del Sol


Luz y lentesLuz y lentes

Partes de una lente

F F C C V

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 pasar por lentes convergentes.

Primero veamos que ocurre con rayos de luz que son paralelos al eje óptico.

E.O. E.O.

F F

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.


Lentes y luzLentes y luzAhora veamos que ocurre con rayos de luz que se dirigen al foco de la lente.

E.O. E.O.

F F

En la lente convergente los rayos refractados emergen paralelos al eje óptico.

En la lente divergente los rayos refractados emergen paralelos al eje óptico.


Lentes y luzLentes y luzAhora veamos que ocurre con un rayo que se dirige al

centro de la lente (o vértice).

E.O. E.O.

V V

En la lente convergente el rayo emerge sin refractarse.

En la lente divergente el rayo emerge sin refractarse.


Formación de imágenesFormación de imágenes

Lente convergente

F FEje óptico

objetoSi un objeto se coloca entre la lente y el foco.

observador

Y un observador lo mira a través de la lente.

V

La imagen está derecha.

La imagen se ve más grande.

imagen

La imagen la determina la intersección de la prolongación de los rayos refractados

La imagen es de tipo “virtual”.

En internet.



Lente convergente

F FEje óptico

objeto

Si un objeto se coloca en el foco.

observador


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.

En internet.



Lente convergente

F FEje óptico

objeto

Si un objeto se coloca entre el foco y el centro de curvatura.

observador


Vimagen

C

La imagen se forma invertida.

La imagen se ve más grande.

La imagen es real pues se forma con los rayos refractados.

En internet.



Lente convergente

F FEje óptico

objeto

Si un objeto se coloca en el centro de curvatura

observador


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.

En internet.



Lente convergente

F FEje óptico

La imagen aparece invertida.

Debido a que se forma con los rayos refractados, la imagen es “real”.

objeto

imagen

Si un objeto se coloca más allá del foco.

observador

La imagen es más pequeña que el objeto


La intersección de los rayos refractados determina la posición de la imagen.

C

En internet.



Lente divergente

F FEje óptico

La imagen aparece derecha.

La imagen es de tipo “virtual”.

objeto

imagenSi un objeto se coloca en cualquier parte.

observador

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

En internet


La luz y el ojoLa luz y el ojo


Formación de imágenes en el ojoFormación de imágenes en el ojo

AA

Los rayos de luz emitidos por el objeto pasan por la córnea, luego pasan a través de la pupila, de ahí el iris regula la cantidad de luz que pasa al ojo.

Coloquemos un objeto delante del 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 objeto 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.

A

AEste problema se corrige con

una lente divergente.

A

A


Visión defectuosaVisión defectuosaHipermetropía

La hipermetropía aparece cuando la imagen de un

objeto se forma detrás de la retina.

A

AEste problema se corrige con

una lente convergente.

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.

A

Este problema se corrige con una lente cilindrica.

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 ópticos

Otros

Proyector de diapositivas

Retroproyector

Cámara fotográfica

periscopio

prismáticos catalejo


PrismaPrisma

Un prisma es un cuerpo geométrico que tiene dos caras poligonales iguales y paralelas, llamadas bases, mientras que las demás caras 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 prismas de materiales 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 lo hagan con un ángulo de 42º respecto a la luz incidente.

Ver en internet


LenteLente

Una lente es un trozo de material transparente. Puede ser de vidrio, plástico, acrílico. Incluso una gota de agua a veces se comporta como lente.

plano

biconvergente o convergente

plano convergente

menisco convergente

bicóncavo o divergente

plano cóncavo

menisco cóncavo


Lente convergenteLente convergente

La lente convergente usualmente se conoce como lupa.

Y, en general, sirve para ver objetos más pequeños.

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