Refracción de la Luz (Clase 02) 2024

Óptica de la visión: Refracción de la luz. Clase 2: Fisiología sensorial, Genesis Maggiorani. Para el estudio del sistema óptico del globo ocular, es importante familiarizarse con los principios básicos de la óptica que serán descritos a continuación, es el estudio de los principios de la física que...

Óptica de la visión: Refracción de la luz. Clase 2: Fisiología sensorial, Genesis Maggiorani. Para el estudio del sistema óptico del globo ocular, es importante familiarizarse con los principios básicos de la óptica que serán descritos a continuación, es el estudio de los principios de la física que analizan el comportamiento de los rayos de luz en el sistema visual y la optometría. Se recomienda ver el siguiente video antes de leer este resumen para mayor entendimiento: https://www.youtube.com/watch?v=Oh4m8Ees3Q&t=200s Difracción de la luz: Cuando un rayo de luz incide en un prisma entonces por su estructura geométrica dicho rayo será difractado, es decir, se van a separar sus componentes. Índice de refracción de un medio: Básicamente es la densidad óptica del medio, es decir, como la luz lo atraviesa y se calcula con la relación de la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio, este puede ser un material solido o líquido y se denota con la letra (n). Nota: El vacío posee un índice de refracción de 1 y una velocidad de 300.000km/s (bajo condiciones normales de presión y temperatura), y el aire un poco mayor porque contiene más elementos sin embargo es muy parecido y será utilizado como referencia. Refracción de la luz: Se refiere a la desviación o cambio que experimenta un rayo de luz al atravesar de manera oblicua de un medio con un índice de refracción (n1) a un medio con otro índice de refracción distinto (n2), es decir, de un medio a otro con distintitas densidades ópticas, por ejemplo: (NOTA: desde el punto de vista médico esta es la propiedad más importante). a) El rayo de luz pasa de un medio con un Índice de refracción (n1) MAYOR a un medio de Índice refracción MENOR (n2). Agua – Aire. b) El rayo de luz pasa de un medio con un Índice de refracción (n1) MENOR a un medio de Índice refracción MAYOR (n2). Aire – Agua. Ahora bien, la refracción de la luz se produce cuando el rayo atraviesa la interfase (el límite que hay entre un medio con un Índice de refracción y otro), el punto exacto donde el rayo incide y sucede la inflexión del mismo lo denominamos La Normal. por ejemplo: cuando un rayo pasa del aire al agua (interfase), el punto exacto en el que el rayo entra al agua seria nuestra normal que esta perpendicular a la interfase. Nota del Guyton: Cuando el Rayo de luz choca con la interfase que es perpendicular al mismo y penetra el segundo medio conserva su dirección, pero su velocidad de transmisión y longitud de onda disminuyen. Nota: Para que exista refracción el rayo debe incidir de forma oblicua, es decir, con un Angulo diferente a 90° o 0°. Gráfico 1: a) Eje de las Y= La normal, Eje de las X= La interfase. b) El aire será (n1) y posee un índice de refracción menor. c) El agua será (n2) y posee un índice de refracción mayor. (n1 y n2 se designan en la dirección de viaje del rayo) d) El rayo de luz incidente atravesar la interfase y sigue su rumbo, pero sufre una infección (La normal) y pasa a ser un Rayo de luz refractado, en este caso se desviará acercándose a la normal por lo tanto el ángulo de desviación del Rayo refractado será más pequeño. Nota: Observar la dirección de la linterna. Gráfico 2: a) Eje de las Y= La normal, Eje de las X= La interfase. b) El aire será (n2) y posee un índice de refracción menor. c) El agua será (n1) y posee un índice de refracción mayor. d) El rayo de luz incidente se encuentra del otro lado, Atravesando de un medio con Índice refracción mayor (Agua) a uno con un índice de refracción menor (Aire), entonces al incidir en la interfase el Rayo de luz Refractado se alejará de La normal, como consecuencia el seno aumentará y el ángulo de desviación también lo hará (directamente proporcional). Ley de Snellius: Esta ley se plantea como una constante de proporcionalidad directa, donde el Índice de refracción 1 (n1) multiplicado por el seno del ángulo que tiene el rayo de luz en ese medio, será igual el Índice de refracción 2 (n2) multiplicado por el seno del ángulo que tiene el rayo de luz en ese medio. Nota: Si el ángulo es más pequeño, el seno también será más pequeño, esto se debe a que el Seno varía dependiendo del ángulo de la recta (en este caso el rayo de luz), el va de 0° pasa por 90° hasta llegar a su valor máximo que es 1. (Esto es para comprender mejor, el profesor resalta que lo importante es identificar cuando el Rayo de luz se acercara o alejara de la normal) Aplicación de los principios de refracción a las lentes. Dispersión de los rayos de luz.: Un objeto posee una serie de rayos de luz que se dispersan en todas direcciones, de esta manera tendremos un punto del objeto en todas las dimensiones del espacio siempre y cuando no tenga algún obstáculo (si el obstáculo es por ejemplo un espejo el rayo chocara y se devolverá, sin embargo, si es una superficie solida llegara hasta allí), algunos de estos miles de rayos podrán llegar hasta el ojo y ser visualizados. En este orden de ideas los rayos que provienen de puntos muy lejanos o desde una distancia mayor de 7 metros son considerados paralelos entre ellos o infinitos y son divergentes. Ubicación: por convención las lentes tienen una cara Izquierda donde el radio de curvatura se designa positivamente (+) y el lado derecho el radio de curvatura es negativo (-). Lentes convergentes o Positivos: Generalmente poseen superficies convexas, entonces al incidir los rayos de luz en la lente tienden a unirse, es decir, convergen +++ un punto determinado y su función es +++ acercar la imagen. Una lente convexa causa + la convergencia de los rayos de luz. Esta propiedad de convergencia también viene dada por la forma de la lente es más fina en los extremos y más gruesa en el centro, lo que ayuda a concentrar los rayos en un mismo punto. Además, nos confiere una imagen real. IZQ +++ +++ + DER + 1. Biconvexo (lupas): Presenta dos caras, asemejan a un segmento de corte de un círculo mayor, y cada cara posee un radio de curvatura con el que trazo el segmento de arco, esto aplica para las demás lentes tanto cóncavas como convexas. Además, incrementa el tamaño de la imagen. 2. Plano Convexo: Presenta una sola cara convexa y otra plana 3. Convexo con menisco: Presenta una cara Convexa y otra cóncava Lentes divergentes o negativos: Generalmente posee superficies cóncavas, y al incidir los rayos de luz tienden a dispersarse alejándose unos de otros esto le confiere la divergencia. Una lente cóncava causa la divergencia de los rayos de luz. Nos confiere una imagen virtual. 1. 2. 3. Bicóncavo Plano cóncavo Cóncavo con meniscos Nota: Las lentes pueden acercar o alejar la imagen, pero lo verdaderamente importante es la capacidad de enfocar. Gráfico 3 Lente biconvexa: Se describirá la unión del grafico 1 y 2; Se describe el trayecto del rayo de luz a través de la lente y como esto genera que se refracte. Tener claro las propiedades de esta lente anteriormente descritas. IZQ +++ +++ + DER + +++ +++ + Cara izquierda: Incidencia de un rayo paralelo que sufre una desviación A1 y A2: Representa La normal, se traza de forma perpendicular a la superficie (interfase). Eje óptico: Es una línea que cruza perpendicularmente el centro de la lente, ambas superficies (interfases), sirve para trazar un eje y forma ángulos rectos (90°). Rayo de luz incidente: Es un rayo paralelo al eje óptico que incide en un punto determinado de la lente, donde hay una normal (A1), al atravesar esta interfase, (n1) que representa al aire y (n2) que es el cristal (o el material del lente), Estará pasando de un medio con menor a mayor densidad óptica (Índice de refracción), como en el Grafico 1, el ángulo será menor (ꮎ2), dicho rayo se desviará acercándose a la normal finalmente perderá su recorrido rectilíneo. Además, este rayo que incide de forma paralela al eje óptico principal al pasar por una lente, va producir una refracción en la que le rayo corte al eje óptico principal. Cara Derecha: Incidencia de un rayo de luz oblicuo que sufre una desviación. Rayo de luz incidente dentro de la lente: Es un rayo oblicuo que fue desviado anteriormente, incide en un punto determinado de la lente, donde se traza una normal (A2), de igual forma que en el caso anterior presenta un cambio de índice de refracción al atravesar la interfase, pero en este caso (n1) representara el cristal (o el material de la lente) y (n2) el aire, de este forma ira de un Índice de refracción mayor a uno menor, como en el Grafico 2, el ángulo aumentara (ꮎ4), dicho rayo se desviará alejándose de la normal e igualmente perderá su recorrido rectilíneo. Punto Focal (F): Es el punto donde el rayo de luz que incidió de forma paralela al eje óptico principal, atravesó la lente y finalmente produjo una refracción corta al eje óptico principal en su salida de la lente. En el caso de un haz de rayos que incida en la lente todos los rayos que lo conformen convergerán en el punto focal C1 y C2: Puntos en que la normal corta al eje óptico principal. Distancia focal (f): Se refiere a la distancia que se encuentra entre el centro de la lente y el punto focal. Ahora bien, ya se observó el comportamiento de un rayo, pero comúnmente estas interacciones suceden con un haz de rayos que pueden ser: 1. Paralelos entre sí y paralelos con el eje óptico. Distancia focal 2. Paralelos entre sí, pero no con el eje óptico: Son refractados, aunque la lente sea la misma van a tener un punto focal distinto en el mismo plano focal (Fa). Una imagen puede producir miles de puntos focales ya que enviara puntos de luz en muchas direcciones. Lentes cóncavos: Rayos paralelos que inciden y provocan una desviación contraria a las lentes convergentes, en lugar de unir los rayos de luz los dispersara y no existe un foco. Ahora bien, cuando tomamos los rayos refractados y los prolongo hacia atrás hasta el punto donde dejan de ser paralelos y convergen tendremos el equivalente al punto focal y la distancia focal, pero con valores negativos ya que está del lado izquierdo de la lente, acá conseguimos una imagen virtual. Se utiliza para que en el paciente se disminuya la potencia y enfoque mejor sobre la retina. Potencia o poder de refracción: Se mide en base a su poder de refracción o poder refractante, y está determinada por su índice de refracción (material) a medida que este aumenta mayor será su potencia y su radio de curvatura se mide en metros. La potencia también se medirá con la cercanía de la imagen creada, es decir mientras más cerca este el punto focal del lente la potencia focal será alta y tendrá un enfoque mayor. Nota: Radio de curvatura si tenemos una lente que es más plana, es decir, es mayor su radio de curvatura entonces su potencia será menor y si la lente es más redonda, es decir, convexa con un radio de curvatura menor su potencia será mayor. Su magnitud se mide así: P=1/f, analizando la fórmula se concluye que a mayor distancia focal menor será el poder de refracción (inversamente proporcional). Formación de imágenes reales y virtuales      IMAGEN REAL Aquella que se forma con la refracción de los rayos luminosos propiamente dichos. Viene directamente del objeto. Su punto focal y distancia focal posee un valor positivo Se forma del lado opuesto al que la luz incide, en este caso es el lado derecho. Esta invertida y aumentada.      IMAGEN VIRTUAL No es formada por los rayos luminosos propiamente dichos de los objetos. Es construida. Su punto focal y distancia focal poseen un valor negativo y el objeto esta por delante de las mismas Se forma del mismo lado que el rayo de luz incide, en este caso es el lado izquierdo. No esta invertida y se encuentra reducida. a) Incidencia de un rayo paralelo (ya descrito). b) Incidencia un rayo que no es paralelo (2), pasa por el punto F¨ (es el punto focal, pero del lado opuesto de la lente) en el lado izquierdo, entra a la lente y se refracta quedando paralelo al eje óptico (Efecto contrario al caso A) c) Formación de una imagen real, invertida y positiva al lado derecho de la lente sería la (i), donde convergen y se enfocan los rayos reales. Ahora bien, acá se observan tres rayos que no son paralelos debido a que el objeto está más cerca del punto focal, los cuales al atravesar la lente divergen, la imagen virtual se formará con los rayos que no son paralelos ellos se prolongan hacia el lado izquierdo de la lente, donde el ojo humano vera una imagen reducida y derecha (i), la imagen será proyectada por delante del punto focal (F).