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Profesor: Cristian Jofré G. Física. 1

Refracción El 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 2. Rayo de luz incidente normal αi Ángulo de incidencia Ángulo de refracción αR Rayo de luz refractado Medio de densidad 1. frontera 2

Índice de refracción Se 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. 3

Un 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 3 x 108 m/s. 4

Situaciones posibles La 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. 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 5

También hay reflexión Cuando 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. 6

Reflexión 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”. 7

Reflexión total 8

Reflexión total En la fibra óptica En un prisma En el agua 9

Fenómenos asociados a la refracción 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. Cuando las capas de aire cercanas al suelo están más frías, la luz 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 invertido y hacia abajo. El observador, en éste caso, ve el objeto invertida y hacia arriba. 10

Fenómenos asociados a la refracción 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. α α 11

Prisma 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. 12

Fenómenos asociados a la refracción 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. 13

Fenómenos asociados a la refracción 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: 14

Fenómenos asociados a la refracción de la luz Consideremos una gota de agua. Arco Iris 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. 15

Arco 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. 16

Posición aparente del Sol Cuando observamos el Sol tenemos una apreciación errónea acerca de su verdadera posición. Posición aparente del Sol Esto se debe a que los rayos del Sol al entrar a la atmósfera terrestre se Posición real del Sol 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. 17

Lente 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 convergente biconvergente o convergente menisco convergente bicóncavo o divergente plano cóncavo menisco cóncavo 18

Luz y lentes Partes de una lente Distancia focal Eje óptico C Centro de curvatura F Foco V F Vértice C 19

Luz y lentes 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. Pero, para efectos prácticos: 20

Lentes y luz Veamos 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. 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. F F 21

Lentes y luz Ahora veamos que ocurre con rayos de luz que se dirigen 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. F F 22

Lentes y luz Ahora veamos que ocurre con un rayo que se dirige al centro de la lente (o vértice). En la lente convergente el rayo emerge sin desviarse. En la lente divergente el rayo emerge sin desviarse. E. O. V V 23

Formación de imágenes Lente convergente observador imagen Eje óptico F V F objeto Si un objeto se coloca entre la lente y el foco. La imagen se ve más grande. Y un observador lo mira a través de La imagen está derecha. la lente. La imagen es de tipo “virtual”. La imagen la determina la intersección de la prolongación de los rayos La lente actúa como LUPA”. refractados 24

Formación de imágenes Lente convergente objeto observador Eje óptico F V F Si un objeto se coloca en el foco. Los rayos refractados emergen paralelos de la lente. Y un observador lo mira a través de la lente. La imagen no se forma (no se vería el objeto), o también se puede decir que 25 la imagen se forma en el infinito.

Formación de imágenes Lente convergente objeto Eje óptico C observador F V F Si un objeto se coloca entre el foco y el centro de curvatura. imagen Y un observador lo mira a través de La imagen se ve más grande. la lente. La imagen se forma invertida. La imagen es real pues se forma con los rayos refractados. 26

Formación de imágenes Lente convergente objeto observador C Eje óptico C F Si un objeto se coloca en el centro de curvatura Y un observador lo mira a través de la lente. La intersección de los rayos refractados determina la posición de la imagen. V F imagen La imagen se forma invertida. La imagen se ve del mismo tamaño que el objeto. La imagen es real pues se forma con los 27 rayos refractados.

Formación de imágenes En internet. Lente convergente objeto observador imagen Eje óptico C F F Si un objeto se coloca más allá del foco. Y un observador lo mira a través de la lente. La intersección de los rayos refractados determina la posición de la imagen. La imagen aparece invertida. La imagen es más pequeña que el objeto Debido a que se forma con los rayos 28 refractados, la imagen es “real”.

Formación de imágenes En internet Lente divergente objeto Eje óptico observador C Si un objeto se coloca en cualquier parte. F V F C imagen Y 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. La imagen aparece derecha. La imagen es más pequeña que el objeto La imagen es de tipo “virtual”. 29

La luz y el ojo 30

Formación de imágenes en el 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. A A 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. De la retina pasa la información al nervio óptico y de ahí al cerebro. 31

Visión normal Se tiene una visión normal si la imagen de un objeto que se está mirando se forma exactamente en la retina del ojo. A A 32

Visión defectuosa Miopía La miopía aparece cuando la imagen de un objeto se forma delante de la retina. A A Este problema se corrige con una lente divergente. 33

Visión defectuosa Hipermetropía La hipermetropía aparece cuando la imagen de un objeto se forma detrás de la retina. A A Este problema se corrige con una lente convergente. 34

Visión defectuosa Astigmatismo 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 35

Algunos instrumentos ópticos Telescopio de Newton o de reflexión 36

Algunos instrumentos ópticos Telescopio de Galileo o de refracción 37

Algunos instrumentos ópticos Microscopio de barrido. Permite ver partículas invisibles para el ojo humano. 38

Algunos instrumentos ópticos Otros Proyector de diapositivas Cámara fotográfica periscopio Retroproyector prismáticos catalejo 39