Óptica Geométrica 2024
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Questions and Answers

La propagación rectilínea de la luz se refiere a la trayectoria que sigue la luz en un medio determinado. ¿Cuándo se da esta propagación?

La propagación rectilínea de la luz se produce cuando el medio por el que viaja la luz es homogéneo.

¿La velocidad de la luz es constante en todos los medios?

False

¿Qué es un rayo luminoso?

Un rayo luminoso es una línea imaginaria que representa la trayectoria de la luz.

¿En qué dos tipos se puede clasificar la reflexión?

<p>Especular y Difusa</p> Signup and view all the answers

¿Cuáles son las dos leyes de la reflexión?

<p>Las leyes de la reflexión son: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie están en el mismo plano. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la refracción?

<p>La refracción es el cambio de dirección que experimenta la luz al pasar de un medio a otro con índice de refracción diferente.</p> Signup and view all the answers

En la refracción, ¿qué sucede con el rayo incidente cuando cambia de medio?

<p>Se dobla hacia la normal</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el ángulo límite?

<p>El ángulo límite es el ángulo de incidencia para el cual el ángulo de refracción es igual a 90 grados.</p> Signup and view all the answers

¿Cuál es la fórmula para calcular el ángulo límite?

<p>El ángulo límite se calcula utilizando la siguiente fórmula: senθ₁ = n₂/n₁.</p> Signup and view all the answers

¿En qué consiste un espejo plano?

<p>Un espejo plano es una superficie lisa y plana que refleja la luz de manera especular, es decir, con ángulos de incidencia y reflexión iguales.</p> Signup and view all the answers

Describe cómo se forma la imagen de un objeto puntual en un espejo plano.

<p>La imagen de un objeto puntual se forma detrás del espejo plano, a la misma distancia del espejo que el objeto, y es de tamaño igual al objeto.</p> Signup and view all the answers

¿La imagen producida por un espejo plano es real?

<p>False</p> Signup and view all the answers

¿Qué son los espejos esféricos? Y ¿cuáles son los dos tipos?

<p>Los espejos esféricos son superficies reflectantes que forman parte de una esfera. Existen dos tipos de espejos esféricos: cóncavos y convexos.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el centro de curvatura de un espejo esférico?

<p>El centro de curvatura de un espejo esférico es el centro de la esfera de la que forma parte el espejo.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el vértice de un espejo esférico?

<p>El vértice de un espejo esférico es el punto donde el eje óptico interseca la superficie reflectante del espejo.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el foco de un espejo esférico?

<p>El foco de un espejo esférico es el punto donde convergen los rayos de luz que inciden paralelamente al eje óptico.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la distancia focal de un espejo esférico?

<p>La distancia focal de un espejo esférico es la distancia entre el vértice y el foco del espejo.</p> Signup and view all the answers

¿Cómo se define la convención de signos para espejos esféricos?

<p>Las longitudes medidas por arriba del eje óptico son positivas y las medidas por debajo son negativas.</p> Signup and view all the answers

¿Cómo se calcula la distancia focal en función del radio de curvatura de un espejo esférico?

<p>La distancia focal de un espejo esférico se calcula como f= R/2, donde R es el radio de curvatura.</p> Signup and view all the answers

¿Qué son los rayos principales en espejos cóncavos?

<p>Los rayos principales en espejos cóncavos son aquellos que inciden en la superficie del espejo y se reflejan en direcciones específicas. Entre estos rayos principales se encuentran: El rayo que incide en el vértice del espejo, el rayo paralelo al eje óptico y el rayo que pasa por el foco.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la ecuación general de los espejos esféricos?

<p>La ecuación general de los espejos esféricos relaciona la distancia objeto (s), la distancia imagen (s') y la distancia focal (f) del espejo. La ecuación es la siguiente: 1/f = 1/s + 1/s'.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es el aumento de un espejo esférico?

<p>El aumento de un espejo esférico es una medida de cuánto se amplía o reduce la imagen formada por el espejo en relación con el objeto. Se calcula como: m = -y'/y.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es una lente delgada?

<p>Una lente delgada es un elemento óptico que tiene dos superficies refractivas, con un espesor despreciable comparado con su radio de curvatura.</p> Signup and view all the answers

Las lentes delgadas pueden ser:

<p>Esféricas, Cilindricas o Planas</p> Signup and view all the answers

¿Cómo se clasifican las lentes esféricas?

<p>Las lentes esféricas se clasifican como convergentes o divergentes, dependiendo de si convergen o divergen la luz, respectivamente.</p> Signup and view all the answers

¿Qué son los rayos principales en lentes convergentes?

<p>Los rayos principales en lentes convergentes son aquellos que inciden en la lente y se refractan en direcciones específicas. Estos rayos se utilizan para construir la imagen de un objeto y determinar las características de la imagen.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la ecuación de Gauss para lentes?

<p>La ecuación de Gauss para lentes relaciona la distancia objeto (s), la distancia imagen (s') y la distancia focal (f) de la lente: 1/f = 1/s + 1/s'.</p> Signup and view all the answers

¿Qué es la ecuación de Newton para lentes?

<p>La ecuación de Newton para lentes relaciona las distancias de los objetos y las imágenes a los focos de la lente y la distancia focal: xx' = f².</p> Signup and view all the answers

¿Cómo se define la convención de signos para lentes?

<p>Las longitudes medidas en dirección a la derecha del vértice de la lente son positivas, mientras que las longitudes medidas en dirección a la izquierda del vértice de la lente son negativas.</p> Signup and view all the answers

¿Qué significa un aumento positivo en lentes delgadas?

<p>Un aumento positivo en lentes delgadas indica que la imagen es derecha, es decir, tiene la misma orientación que el objeto.</p> Signup and view all the answers

¿Qué condiciones se cumplen para que una imagen formada por una lente convergente sea real?

<p>Una imagen formada por una lente convergente es real cuando la distancia del objeto a la lente es mayor que la distancia focal.</p> Signup and view all the answers

¿Qué condiciones se cumplen para que una imagen formada por una lente divergente sea virtual?

<p>Las imágenes formadas por una lente divergente son siempre virtuales. Esto se debe a que la lente divergente siempre dispersa la luz y no permite que los rayos converjan en un punto real.</p> Signup and view all the answers

¿Qué tipo de imagen se forma cuando la distancia del objeto a la lente es mayor que el doble de la distancia focal?

<p>En este caso, se forma una imagen real, invertida y disminuida.</p> Signup and view all the answers

¿Qué tipo de imagen se forma cuando la distancia del objeto a la lente es igual al doble de la distancia focal?

<p>En este caso, se forma una imagen real, invertida y del mismo tamaño.</p> Signup and view all the answers

¿Qué tipo de imagen se forma cuando la distancia del objeto a la lente está entre la distancia focal y el doble de la distancia focal?

<p>En este caso, se forma una imagen real, invertida y aumentada.</p> Signup and view all the answers

¿Qué tipo de imagen se forma cuando la distancia del objeto a la lente es menor que la distancia focal?

<p>En este caso, se forma una imagen virtual, derecha y aumentada.</p> Signup and view all the answers

Study Notes

Óptica Geométrica

  • El material está basado en diapositivas de la cátedra y material propio.
  • El año de creación del material es 2024.
  • La autora es Elizabeth Marcela Martínez, Ingeniera Civil y Magíster en Educación en Ciencias Experimentales y Tecnologías.

Contenido

  • La luz como rayo luminoso.
  • Leyes de reflexión y refracción.
  • Reflexión total y ángulo límite.
  • Dispositivos ópticos: espejos planos, esféricos y lentes.

Algunas aplicaciones: instrumentos ópticos

  • Telescopios
  • Microscopios
  • Cámaras fotográficas
  • El ojo humano (anteojos)
  • Láser
  • Fibra óptica

Bibliografía

  • Sears, tomo 2.
  • Física General. Burbano de Ercilla S., Burbano García E., Gracia Muñoz C.

Propagación rectilínea de la luz

  • La luz se propaga en línea recta en un medio homogéneo.
  • Fuentes luminosas y objetos iluminados.
  • La velocidad de la luz depende del medio.
    • En el vacío: c = 2,99792458 x 10⁸ m/s
    • Aproximadamente: c ~ 3,00 x 10⁸ m/s o 300.000 km/s

El rayo luminoso

  • La trayectoria luminosa se representa como un rayo.
  • Un rayo luminoso es una línea imaginaria en la dirección de la luz emitida desde una fuente.
  • Una fuente luminosa emite un haz de luz (rayos infinitos).
  • Haz de rayos paralelos

Fenómeno de reflexión

  • Fenómeno donde un rayo luminoso cambia de dirección al contactarse con una superficie de separación entre dos medios diferentes.
  • La reflexión puede ser especular (superficie lisa) o difusa (superficie rugosa).

Reflexión

  • Rayo incidente, rayo reflejado y normal a la superficie están en el mismo plano.
  • Ángulo de incidencia = Ángulo de reflexión.

Leyes de la reflexión

  • Rayo incidente, rayo reflejado y normal a la superficie, están en el mismo plano.
  • El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales.

Fenómeno de refracción

  • Un rayo de luz cambia de dirección al pasar de un medio a otro.
  • La dirección cambia al atravesar la frontera entre dos medios diferentes.
  • La velocidad de la luz depende del medio.
  • n₁ / v₁ = n₂ / v₂

Leyes de la refracción

  • El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie, están en el mismo plano.
  • El cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante para cada par de medios (Ley de Snell).
  • n₁senθ₁ = n₂senθ₂

Fenómeno de refracción

  • El rayo incide perpendicularmente a la superficie.
  • El rayo no se desvía.

Fenómeno de refracción (caso n₁ < n₂)

  • Cuando el rayo pasa de un medio de menor índice de refracción a otro de mayor índice de refracción, el rayo se acerca a la normal.

Fenómeno de refracción (caso n₁ > n₂)

  • Cuando el rayo pasa de un medio de mayor índice de refracción a otro de menor índice de refracción, el rayo se aleja de la normal.

Formulación de la ley de la refracción (Ley de Snell)

  • Los ángulos son iguales porque sus lados son perpendiculares
  • n₁sen θ₁ = n₂sen θ₂

Ángulo límite y reflexión total

  • El ángulo límite es el ángulo de incidencia que produce un ángulo de refracción de 90°.
  • Al superar el ángulo límite, el rayo se refleja totalmente.

Espejo plano

  • Superficie plana y lisa que produce imágenes por reflexión especular.

Determinación de la imagen de un objeto puntual en un espejo plano

  • La imagen se encuentra en la intersección de la prolongación de los rayos reflejados.

Espejos planos

  • La imagen se encuentra en la intersección de la prolongación de los rayos reflejados.

Caracterización de la imagen de un objeto puntual

  • Objeto e imagen son simétricos respecto al plano del espejo.
  • La imagen es virtual porque se encuentra en la intersección de la prolongación de los rayos reflejados.

Espejos esféricos

  • Cóncavos y convexos
  • La concavidad o convexidad esta del lado de la fuente.

Elementos

  • Fuente luminosa
  • Eje óptico
  • Centro
  • Vértice

Foco - distancia focal

  • La distancia focal es la mitad del radio.

Convención de signos

  • Las longitudes por encima del eje óptico son positivas.
  • Las longitudes por debajo del eje óptico son negativas.
  • La distancia objeto (s) es positiva si está en el lado del objeto.

Espejos esféricos

  • Ángulos son pequeños(δ→0 tg a = a)
  • Si α = h / R - δ, entonces 2α = h / f – δ
  • f = R / 2

Espejos cóncavos - Formación de imágenes - Rayos principales

    1. Incide en el vértice V y se refleja formando ángulos iguales respecto al eje óptico.
    1. Incide paralelo al eje, luego del reflejo pasa por el foco, o su prolongación.
    1. Se propaga en dirección de un radio, interseca la superficie en el centro de curvatura C, con la dirección normal y se refleja sobre su mismo trayectoria original.
    1. Pasa por un punto focal F y se refleja paralelamente al eje.

Espejos esféricos-Caminos recíprocos

  • Rayos incidentes siguen los mismos caminos al reflejarse y retroceder.

Espejos convexos - Formación de imágenes - Rayos principales

    1. Incide en el vértice V y se refleja formando ángulos iguales respecto al eje óptico.
    1. Incide paralelo al eje, después de reflejarse, pasa por el foco, o su prolongación.
    1. Se propaga en dirección de un radio (pasa por el centro de curvatura C), interseca la superficie coincidiendo con la dirección normal y se refleja sobre su misma trayectoria original.
    1. Avanza hacia el punto focal F y se refleja paralelamente al eje.

Espejos

  • Estudia la formación de imágenes considerando:
    • Objetos extensos.
    • Determinar las posiciones y tamaño del objeto e imagen.
    • Caracterizar la naturaleza de la imagen (virtual o real).

Ecuación general de los espejos esféricos

  • 1/f = 1/s + 1/s'
  • m = y'/y = -s'/s

Lentes delgadas

  • Sistema óptico con dos superficies refractivas.
  • Se desprecia el espesor de la lente.
  • Material transparente (ej. vidrio).

Lentes esféricas

  • Poseen caras cóncavas o convexas.
  • Una cara puede ser plana.
    • Biconvexa
    • Plano-convexa
    • Convexo-cóncava
    • Bicóncava
    • Plano-cóncava
    • Convexo-cóncava

Propiedades de las lentes

  • Lentes convergentes: parte central más gruesa que los bordes.
  • Lentes divergentes: parte central más delgada que los bordes.

Lentes esféricas convergentes - Imagen de un objeto extenso - Rayos principales

    1. Rayo paralelo al eje óptico, refractado por el foco (o prolongación de dicho foco)
    1. Rayo que pasa por el centro óptico, no se desvía.
    1. Rayo que pasa por el foco, refractado paralelo al eje óptico.

Lentes esféricas divergentes - Imagen de un objeto extenso - Rayos principales

    1. Rayo paralelo al eje óptico, refractado como si viniera del foco (o prolongación del foco)
    1. Rayo que pasa por el centro óptico, no se desvía.
    1. Rayo dirigido hacia el foco, refractado paralelo al eje óptico.

Convención de signos

  • Las longitudes que se miden por encima del eje principal son positivas y negativas, respectivamente.
  • La distancia objeto (s) es positiva para el lado de la fuente.
  • La distancia imagen (s') es positiva cuando la imagen se forma en la intersección de los rayos reales, y negativa cuando se forma en la prolongación de los rayos.

Aumento

  • El cociente (y'/y) es el aumento.
  • m = y'/y = -s'/s

Formación de imágenes reales - Lentes convergentes

  • Las distancias objeto e imagen son positivas.
  • La imagen es real porque está en la intersección de los rayos.
  • En este caso, la imagen está invertida y el aumento es negativo.

Formación de imagen virtual

  • La imagen es virtual cuando se encuentra en la intersección de las prolongaciones de los rayos desviados.
  • La distancia objeto es positiva y la distancia imagen es negativa.
  • El aumento es positivo (imagen no invertida respecto del objeto).

Formación de imágenes. Lentes divergentes

  • La imagen es virtual porque está en la intersección de la prolongación de rayos desviados.
  • La distancia imagen es negativa; el aumento es positivo, no invertida respecto del objeto.

Ecuación de Newton

  • xx' = f²

Ecuación de Gauss

  • 1/f = 1/s + 1/s'

Video Resolución de Problemas de Óptica Geométrica

  • Inga. Martínez.
  • https://youtu.be/Pzzb44ODfkY
  • Canal Físicamente

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Description

Este cuestionario abarca conceptos fundamentales de la óptica geométrica, incluyendo la propagación de la luz, las leyes de reflexión y refracción, y los dispositivos ópticos. Explora aplicaciones prácticas como telescopios, microscopios y láseres. Ideal para estudiantes de física y educación en ciencias.

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