FÍSICA ÓPTICA Y FÍSICA GEOMÉTRICA

En física, la óptica física u óptica ondulatoria es la rama de la óptica que toma la luz como una onda y explica algunos fenómenos que no se podrían
explicar tomando la luz como un rayo.
Estos fenómenos son:

• Difracción: Es la capacidad de las ondas para cambiar la dirección alrededor de obstáculos en su trayectoria, esto se debe a la propiedad que tienen
las ondas de generar nuevos frentes de onda.

• Polarización: Es la propiedad por la cual uno o más de los múltiples planos en que vibran las ondas de luz se filtra impidiendo su paso.

Óptica física es también el nombre de una aproximación comúnmente utilizada en óptica, ingeniería eléctrica y física aplicada. En este contexto, es
un método intermedio entre la óptica geométrica, que ignora los efectos de las ondas , y el electromagnetismo de onda completa, que es una teoría
precisa. El adjetivo «física» significa que es más física que la óptica geométrica o de rayos y no que sea una teoría física exacta.

La óptica geométrica es parte de las leyes fenomenológicas de Snell de la reflexión y la refracción. A partir de ellas, basta hacer geometría con los
rayos luminosos para la obtención de las fórmulas que corresponden a los espejos, dioptrio y lentes, obteniendo así las leyes que gobiernan los
instrumentos ópticos a que estamos acostumbrados.
La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la
luz) cuando los objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda de la fuente de luz; ello permite despreciar los efectos
derivados de la difracción, comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz.

FENÓMENOS ONDULATORIOS

Los fenómenos ondulatorios son normalmente frecuentes en la naturaleza; así, por ejemplo, tenemos el sonido y la luz como los más conocidos.
Al hablar, generamos una perturbación que se transmite por el aire, a través de la cual podemos escuchar lo que dicen los demás.
Al encender una lámpara, la luz que esta emite ilumina toda la habitación.

Es importante señalar la diferencia fundamental que existe entre la luz y el sonido: mientras que el sonido necesita de un medio para propagarse, la
luz lo hace incluso en ausencia de este, es decir, en el vacío. Entonces, podemos decir que el sonido es una onda material, mientras que la luz es
una onda inmaterial.

Un fenómeno ondulatorio consiste en la transmisión de una perturbación desde un punto a otro del espacio. También es importante mencionar que
toda onda va acompañada por una transmisión de energía, pero no va acompañada de un transporte de materia.

La perturbación que se produce al mover el remo se propaga, mediante ondas, a todos los puntos del estanque.

- James C. Maxwell (1831 a 1879) descubrió las ecuaciones que llevan su nombre y que permiten describir la propagación de las ondas
electromagnéticas.

- Lo que llamamos luz visible es un conjunto de radiaciones electromagnéticas cuyas longitudes de onda están comprendidas entre 0,00000078 m
y 0,00000038 m.

- Las lentes son el componente principal de numerosos instrumentos ópticos.

- Al soplar se produce una perturbación en el aire encerrado en el instrumento, generando un sonido característico.
Figura: ángulo inferior derecho.
REFLEXIÓN DE LA LUZ ( DEFINICIÓN)

La reflexión de la luz es un fenómeno óptico básico en la naturaleza que es conocido y analizado desde la Grecia clásica. Las leyes que rigen los
fenómenos de reflexión de la luz fueron enunciadas conjuntamente por el astrónomo y matemático Willebrord snel en 1621 y unificadas bajo un
principio de mínimo, en este caso para el tiempo como variable, por el matemático francés Pierre de Fermat en 1657.

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA A LA REFLEXIÓN DE LA LUZ

El astrónomo y matemático Willebrord Snel publicó en 1621 las leyes de la REFLEXIÓN y la REFRACCIÓN. Demostrando que al incidir la luz en la
superficie de separación entre dos medios, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo reflectado están en el mismo plano.

Segunda ley: los índices de refracción, el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción se relacionan por la siguiente expresión
Esta es la formula matemática de la ley de snell

René Descartes descubrió en 1626 la misma ley usando un modelo en el cual la luz se consideraba una presión transmitida a través de un medio
elástico.
Pierde de Fermat enunció en 1657 el principio del tiempo mínimo: la luz se propaga siempre a lo largo de aquella trayectoria que le suponga el
mínimo tiempo de desplazamiento, incluso aunque se desvíe del camino geométricamente más corto, como es el caso de la refracción.

CLASIFICACIÓN DE LA REFLEXIÓN DE LA LUZ

REFLEXIÓN ESPECULAR: cuando la luz llega en forma de rayos paralelos incidiendo sobre una superficie plana y muy lisa, los rayos reflejados son

también paralelos.
REFLEXIÓN DIFUSA: Si la superficie es rugosa, los rayos reflejados salen en todas direcciones, porque la normal en diferentes puntos puede ser

distinta, produciéndose una reflexión difusa.

LEYES DE REFLEXIÓN
●RAYO INCIDENTE: Rayo que llega al espejo desde la fuente luminosa
● RAYO REFLEJADO: Rayo desviado por el espejo
● PUNTO DE INCIDENCIA: Punto donde incidencia un rayo sobre el espejo
●RECTA NORMAL: Recta perpendicular al espejo en el punto de incidencia
●ÁNGULO DE INCIDENCIA: Ángulo formado por el rayo incidente y la recta normal
● ÁNGULO DE REFLEXIÓN: Ángulo formado por el rayo reflejado y la recta normal

Espejos planos, esféricos, cóncavos y convexos

Cómo se sabe, un espejo es una superficie pulimentada que refleja toda la luz que recibe. Según la forma geométrica de su superficie, podemos
clasificar los espejos en dos tipos: planos y esféricos, y dentro de estos últimos podemos distinguir los cóncavos y convexos.

- Espejo plano: Es una superficie plana y lisa que refleja la luz de formba especular, es decir, los rayos de luz reflejados tienen el mismo ángulo de
incidencia que los rayos incidentes. Los espejos planos no producen ninguna distorsión en la imagen reflejada y se utilizan en aplicaciones como
espejos de tocador, espejos de baño y espejos de pared.

- Espejo cóncavo: También conocido como espejo convergente, tiene una superficie curva hacia adentro. Los espejos cóncavos pueden formar tanto
imágenes reales como virtuales, dependiendo de la posición del objeto con respecto al foco. Cuando el objeto se encuentra más allá del foco, se
forma una imagen real invertida. Cuando el objeto está entre el foco y el vértice del espejo, se forma una imagen virtual derecha y ampliada. Los
espejos cóncavos se utilizan en aplicaciones como lentes convergentes en telescopios y reflectores parabólicos.

- Espejo convexo: También conocido como espejo divergente, tiene una superficie curva hacia afuera. Los espejos convexos siempre forman
imágenes virtuales más pequeñas que el objeto, independientemente de la posición del objeto. Estas imágenes son derechas y se ven más
pequeñas debido a la dispersión de los rayos de luz al reflejarse en la superficie curva. Los espejos convexos se utilizan en aplicaciones como
espejos retrovisores de automóviles, tiendas de seguridad y vigilancia.
ESPEJOS

Imágenes en espejos planos

En un espejo plano, las imágenes se caracte- rizan porque:

• Se encuentran a la misma distancia del espejo que el objeto.

• Son de igual tamaño que el objeto.

• Son simétricas respecto al espejo.

Para formar la imagen de un objeto, trazamos la trayectoria de dos rayos por cada punto del objeto siguiendo las leyes de la reflexión. Al
prolongarlos, tenemos la imagen del punto objeto.

Las prolongaciones de los rayos son lineas imaginarias, útiles para obtener la imagen, pero que no existen en la realidad; por esta ra- zón decimos
que las imágenes son virtuales.
Característica de los espejos esféricos un espejo esférico cóncavos se caracteriza porque cuando incide sobre unas de rayos paralelos los refleja
haciendo los convergir en un punto denominado foco situado en una distancia igual a la mitad del radio de curvatura del espejo.

Un espejo esférico convexo por el contrario hace divergir los rayos reflejados pero de modo que son prolongaciones de los rayos reflejados las que
pasan por el foco.

Formación de imágenes en espejos esféricos

Gráficamente la imagen se puede obtener dibujado al menos dos rayos de trayectoria conocida de los tres de lo que disponemos.
Estos tres rayos son
● Rayo que proceda del objeto y que sea paralelo al eje óptico si el espejo es cóncavo el rayo reflejado pasa por el foco si es convexo el
rayo reflejado es tal que su prolongación pasa por el foco.
● Un rayo que procede del objeto que pasa entre el foco si el espejo es cóncavo o se dirija a él si es convexo después de reflejarse sigue
una trayectoria paralela al eje óptico.

REFRACCIÓN DE LA LUZ

Este fenómeno lo podemos ver cuándo ponemos un lápiz en un vaso de agua y vemos como este se corta. En realidad lo que sucede es que este se
refracta.
La refracción es el cambio en la velocidad que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. Este fenómeno nos explica porqué un objeto
recto se ve doblado cuando lo introducimos en otro medio, como el agua, el rayo de luz se desvía al pasar por un medio diferente al que procede
produciendo un fenómeno óptico.
LEYES DE LA REFRACCIÓN DE LA LUZ.

Las leyes de refracción son principios que describen el comportamiento de la luz al pasar de un medio a otro.

1. Ley de Snell: Esta ley establece que el rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie en el punto de incidencia se encuentran en el
mismo plano. En otras palabras, la luz cambia de dirección al pasar de un medio a otro.

2. Ley de Snell-Descartes: Esta ley establece que el cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante
para dos medios dados. Esto se conoce como índice de refracción y varía dependiendo del medio. Esta ley cuantifica cómo se desvía la luz al pasar
de un medio a otro.
Existe refracción de la luz cuando, por ejemplo, esta traspasa del aire al agua, en la cual varía su ángulo y velocidad de desplazamiento.

*En todo fenómeno de refracción de la luz, participan los siguientes elementos:

Rayo incidente: rayo de luz que llega a la superficie entre ambos medios;

Rayo refractado: rayo que se desvía cuando la onda luminosa atraviesa la superficie;

Línea normal: línea imaginaria perpendicular a la superficie, establecida a partir del punto en que ambos rayos coinciden;

Ángulo de incidencia: ángulo que se produce entre el rayo incidente y la línea normal. Se expresa con el símbolo θ1;

Ángulo de refracción: es el ángulo que se produce entre el rayo refractado y la línea normal. Se expresa con el símbolo θ2.
¿QUE ES EL INDICE DE REFRACCIÓN ?

El índice de refracción se define como el cociente de la velocidad de la luz cuando pasa a través de dos medios. Es un número adimensional que
depende de la temperatura y de la longitud de onda de la luz. Resumiendo, el índice de refracción define la rapidez con la que un haz de luz viaja a
través de los medios, y esta relación se describe mediante la fórmula:

n = c/v

Donde:

n es el índice de refracción
c es la velocidad de la luz en un vacío (o aire)
v es la velocidad de la luz en los medios (por ejemplo, agua, aceite de oliva, etc.)

_ Las tablas de índice de refracción se utilizan para determinar la velocidad de la luz en diferentes materiales y calcular cómo se desvía la luz al
pasar de un medio a otro. También se utilizan en óptica para diseñar y calcular la refracción en lentes y prismas.

Bibliografía:
Las fuentes utilizadas en este trabajo fueron:
Wikipedia
Significados.com
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Mayormente Google y Youtube