FSICA 2 CURSO BLOQUE 4 PTICA GEOMTRICA El

FÍSICA 2º CURSO BLOQUE 4: ÓPTICA GEOMÉTRICA El estudio de la Óptica Geométrica, se restringe al marco de la aproximación paraxial. Las ecuaciones de los sistemas ópticos se presentan desde un punto de vista operativo, para proporcionar al alumnado una herramienta de análisis de sistemas ópticos complejos. Rafael Artacho Cañadas

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA ÍNDICE CONTENIDOS 1. Introducción a la óptica geométrica. 2. Óptica por reflexión. 3. Óptica por refracción. 4. El ojo humano. 5. Algunos instrumentos ópticos. CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE 1. Formular e interpretar las leyes de la óptica geométrica. 1. 1. Explica procesos cotidianos a través de las leyes de la óptica geométrica. 2. Valorar los diagramas de rayos luminosos y las ecuaciones asociadas como medio que permite predecir las características de las imágenes formadas en sistemas ópticos. 2. 1. Demuestra experimental y gráficamente la propagación rectilínea de la luz mediante un juego de prismas que conduzcan un haz de luz desde el emisor hasta una pantalla. 2. 2. Obtiene el tamaño, posición y naturaleza de la imagen de un objeto producida por un espejo plano y una lente delgada realizando el trazado de rayos y aplicando las ecuaciones correspondientes. 3. Conocer el funcionamiento óptico del ojo humano y sus defectos y comprender el efecto de las lentes en la corrección de dichos efectos 3. 1. Justifica los principales defectos ópticos del ojo humano: miopía, hipermetropía, presbicia y astigmatismo, empleando para ello un diagrama de rayos. Rafael Artacho Cañadas 2 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA ÍNDICE CONTENIDOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE 4. Aplicar las leyes de las lentes delgadas y espejos planos al estudio de los instrumentos ópticos. 4. 1. Establece el tipo y disposición de los elementos empleados en los principales instrumentos ópticos, tales como lupa, microscopio, telescopio y cámara fotográfica, realizando el correspondiente trazado de rayos. 4. 2. Analiza las aplicaciones de la lupa, microscopio, telescopio y cámara fotográfica considerando las variaciones que experimenta la imagen respecto al objeto. Rafael Artacho Cañadas 3 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 1. Introducción a la óptica geométrica. 1. 1. Conceptos fundamentales: Objeto de la óptica geométrica La óptica geométrica se estructura sobre las siguientes leyes: • Ley de propagación rectilínea de la luz • Ley de independencia de los rayos luminosos • Leyes de la reflexión y la refracción • Aproximación del rayo • Ley de reciprocidad El objeto es el estudio de la formación de imágenes por reflexión y refracción. • Óptica por reflexión: Imágenes en sistemas de espejos planos y esféricos. • Óptica por refracción: Imágenes formadas a través de lentes delgadas. Rafael Artacho Cañadas 4 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 1. Introducción a la óptica geométrica. • Objeto. Fuente de la que proceden los rayos objeto • Imagen. Figura formada por los rayos que convergen provenientes V C de la interacción con el sistema eje óptico imagen o Imagen real. Convergen realmente. r o Imagen virtual. Convergen sus prolongaciones. • Eje óptico. Es el eje que une el objeto con el centro de curvatura del sistema óptico. • Centro de curvatura (C). Es el centro geométrico de la curva que corresponde al sistema óptico. • Vértice (V). Es el punto de corte del sistema óptico con el eje óptico. • Radio de curvatura. Es la distancia que existe entre el centro de curvatura y el vértice. Rafael Artacho Cañadas 5 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 1. Introducción a la óptica geométrica. Criterios de signos DIN Los ángulos se escriben con letras griegas minúsculas. Las letras que hacen referencia a la imagen son las mismas que las del objeto, pero marcadas como «prima» . Se considera que la luz incide sobre el sistema óptico por su izquierda, propagándose hacia la derecha, salvo que se indique lo contrario. El vértice V de la superficie esférica se toma como centro de un sistema de referencia cartesiano habitual. Se denomina espacio objeto al situado a la izquierda de dicho vértice, y espacio imagen, al queda a la derecha. Se establecen con signo negativo todas las distancias situadas en el espacio objeto (a la izquierda de V) y con signo positivo las distancias correspondientes al espacio imagen (a la derecha de V). Igualmente, en el caso de las distancias perpendiculares al eje óptico, se consideran positivas las medidas por encima del mismo y negativas las quedan por debajo. Rafael Artacho Cañadas 6 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 2. Óptica por reflexión. Espejos 2. 1. Espejos planos La ley para la reflexión: Por tanto: O P V s h O’ s’ Rafael Artacho Cañadas 7 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 2. Óptica por reflexión. Espejos ÓPTICA GEOMÉTRICA Objeto extenso finito El aumento lateral se define como: O B y De la figura: A B’ y’ V s A ’ s’ Como: Características de la imagen: • Virtual (la imagen se forma con la prolongación de los rayos reflejados). • De igual tamaño. • Presenta inversión lateral (izquierda-derecha). Rafael Artacho Cañadas 8 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 2. Óptica por reflexión. Espejos ACTIVIDADES 1. 2. Rafael Artacho Cañadas 9 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 2. Óptica por reflexión. Espejos ÓPTICA GEOMÉTRICA 2. 2. Espejos esféricos P O C O’ h V s’ r s Ecuación de los espejos Rafael Artacho Cañadas 10 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 2. Óptica por reflexión. Espejos ÓPTICA GEOMÉTRICA Foco Cuando un objeto se encuentra muy lejano (s = ), los rayos inciden paralelos al eje y la imagen se forma en un punto denominado foco (F), y la distancia al vértice, distancia focal: P V F C f r Rafael Artacho Cañadas 11 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 2. Óptica por reflexión. Espejos ACTIVIDADES 3. 4. Rafael Artacho Cañadas 12 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 2. Óptica por reflexión. Espejos ÓPTICA GEOMÉTRICA Aumento y O C O’ y’ r s’ V El aumento de la imagen: s Si el aumento es positivo, la imagen es derecha, si en negativo, invertida. Rafael Artacho Cañadas 13 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 2. Óptica por reflexión. Espejos ACTIVIDADES 5. 6. 7. 8. Rafael Artacho Cañadas 14 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 2. Óptica por reflexión. Espejos cóncavos a) |s| > |r| Real, invertida, de menor tamaño b) |s| = |r| Real, invertida, de igual tamaño c) |f| < |s| < |r| d) |s| < |f| Real, invertida, de mayor tamaño Virtual, derecha, de mayor tamaño Rafael Artacho Cañadas 15 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 2. Óptica por reflexión. Espejos convexos Cualquier posición del objeto Virtual, derecha, de menor tamaño Rafael Artacho Cañadas 16 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 2. Óptica por reflexión. Espejos ACTIVIDADES 9. Rafael Artacho Cañadas 17 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 3. Óptica por refracción ÓPTICA GEOMÉTRICA 3. 1. Refracción en una superficie esférica Imagen de un punto n Según la ley de Snell: n’ O h s r O’ C De la figura: s’ Sustituyendo: Además: Sustituyendo y simplificando: Rafael Artacho Cañadas Ecuación del dioptrio esférico 18 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 3. Óptica por refracción ÓPTICA GEOMÉTRICA Imagen de un objeto. Aumento lateral n O y n’ Según la ley de Snell: s C O’ y’ Teniendo en cuenta que: s’ Se obtiene: El aumento: Rafael Artacho Cañadas 19 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 3. Óptica por refracción ÓPTICA GEOMÉTRICA Focos n n’ F C f n n’ C F’ La relación entre las distancias focales: f’ Rafael Artacho Cañadas 20 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 3. Óptica por refracción ÓPTICA GEOMÉTRICA 3. 2. Refracción en una superficie plana n n’ y’ y s s’ Rafael Artacho Cañadas El aumento: 21 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 3. Óptica por refracción ACTIVIDADES 10. 11. 12. Rafael Artacho Cañadas 22 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 3. Óptica por refracción 3. 3. Lentes delgadas • Una lente es un sistema óptico centrado formado por dos superficies esféricas de los cuales una, por lo menos, acostumbra a ser esférico, y los medios externos que limitan la lente y tienen el mismo índice de refracción. • Si el grosor de la lente es despreciable en comparación con los radios de curvatura de las caras que la forman, recibe el nombre de lente delgada. • Desde el punto de vista óptico cada cara es una superficie de refracción. Rafael Artacho Cañadas 23 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 3. Óptica por refracción ÓPTICA GEOMÉTRICA P’ O’ n P n’ n O” O s 1 P” e s 1’ s 2’ Aplicando la ecuación del dioptrio esférico a cada una de las superficies y si n = 1: En las lentes delgadas, e 0 y, por tanto, s 2 = s 1’, sumando ambas expresiones: Rafael Artacho Cañadas 24 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 3. Óptica por refracción ÓPTICA GEOMÉTRICA Focos y distancias focales. Ecuación de Gauss Lentes convergentes Distancias focales F’ F f’ f Lentes divergentes Potencia de una lente F f Rafael Artacho Cañadas Ecuación de Gauss de las lentes delgadas F’ f’ 25 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 3. Óptica por refracción ÓPTICA GEOMÉTRICA Aumento de una lente y F F’ f s Rafael Artacho Cañadas f’ y’ s’ 26 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 3. Óptica por refracción ÓPTICA GEOMÉTRICA Diagrama de rayos Posición del objeto entre el infinito y 2 f Posición del objeto a una distancia s=2 f F’ F’ F s>2 f F f f s=2 f Real, invertida, menor tamaño Posición del objeto a una distancia 2 f >s>f Real, invertida, igual tamaño Posición del objeto a una distancia s = f F’ F f 2 f>s>f Real, invertida, mayor tamaño Rafael Artacho Cañadas F’ F f s=f No se forma imagen 27 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 3. Óptica por refracción ÓPTICA GEOMÉTRICA Posición del objeto a una distancia s < f de una lente convergente Virtual, derecha y mayor tamaño F’ F s<f f Objeto visto a través de lentes divergentes F’ f F Virtual, derecha y menor tamaño s Rafael Artacho Cañadas 28 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 3. Óptica por refracción ACTIVIDADES 13. 14. 15. Rafael Artacho Cañadas 29 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 4. El ojo humano Anatomía Rafael Artacho Cañadas 30 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 4. El ojo humano Defectos comunes Rafael Artacho Cañadas 31 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 4. El ojo humano Defectos comunes Es un problema refractivo que se produce cuando el cristalino (la lente natural del ojo) pierde parte de su capacidad de enfoque debido al paso del tiempo. Rafael Artacho Cañadas La catarata es una opacidad de la lente natural (o cristalino) del ojo, que se encuentra detrás del iris y la pupila. 32 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 4. El ojo humano Corrección de los defectos comunes Miopía Rafael Artacho Cañadas Hipermetropía Astigmatismo 33 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 5. Algunos instrumentos ópticos La lupa Punto próximo Años xp cm 10 7 20 10 30 14 40 22 50 40 60 200 Punto remoto Para un ojo sano está en el infinito Rafael Artacho Cañadas 34 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 5. Algunos instrumentos ópticos Aumento angular de la lupa: y Xp y f Rafael Artacho Cañadas y’ y’ 35 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 5. Algunos instrumentos ópticos ÓPTICA GEOMÉTRICA Microscopio compuesto ocular objetivo focular objeto Imagen objetivo Imagen ocular Rafael Artacho Cañadas 36 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º 5. Algunos instrumentos ópticos ÓPTICA GEOMÉTRICA Telescopio fobjetivo y focular y’ Aumento angular Rafael Artacho Cañadas 37 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA 5. Algunos instrumentos ópticos Cámara fotográfica Rafael Artacho Cañadas 38 de 39

FÍSICA Bloque 4: OPTICA GEOMÉTRICA 2º ÓPTICA GEOMÉTRICA Información de Contacto Rafael Artacho Cañadas Dpto. de Física y Química I. E. S. Padre Manjón � Gonzalo Gallas, s/n 18003 · Granada � rartacho@iespm. es Rafael Artacho Cañadas 39 de 39