Determinación de la reflexión de la luz

Presentación del tema: "Determinación de la reflexión de la luz"— Transcripción de la presentación:

1 Determinación de la reflexión de la luz
Margarita Gutiérrez Reyes 404

2 indice Superficie de ondas y rayos Ejercicios Ley de la reflexion
Trazo de rayos reflejados B-determinacion de la refraccion de la luz Ley de snell ejercicio Indices de refracion Angulo de refraccion y desviacion de los rayos Reflexion interna total dispercion

3 Superficie de ondas y rayos
Las ondas también pueden clasificarse según el espacio de propagación en unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales. Ondas unidimensionales son, por ejemplo, las que se propagan por cuerdas y muelles cuando podemos considerarlos como líneas. Da lo mismo que la onda sea longitudinal o transversal: en esta clasificación no se tiene en cuenta la dirección del movimiento originado por la perturbación, sino únicamente el espacio de propagación de la onda, que es el espacio ocupado por el medio de propagación cuando está en equilibrio. Por la misma razón las olas que se propagan por la superficie del agua son bidimensionales: podemos considerar que la superficie del agua en equilibrio forma un plano horizontal, el plano de propagación, aunque el movimiento del agua al paso de la onda no tenga lugar en ese plano. El sonido es un ejemplo de onda tridimensional. Para representar una onda multidimensional podemos "señalar" puntos que se encuentren en un estado perturbativo semejante. En el caso de las ondas bidimensionales estos puntos forman líneas, y en el de las tridimensionales superficies denominadas frentes de onda. Las ondas emitidas por un emisor puntual (que llamaremos foco puntual a partir de ahora) forman frentes de onda esféricos. Podemos generarlos en la superficie del agua haciendo vibrar en ella una punta afilada, aunque, en este caso, debido a que la onda es bidimensional, los frentes de onda son circunferencias y es más correcto denominarlos frentes de onda circulares. El pulso sonoro que sucede a la explosión de un petardo también queda perfectamente representado por un frente de ondas esférico. También son importantes los frentes de onda planos. Pueden crearse frentes de onda rectilíneos en la superficie del agua haciendo vibrar sobre ella el filo de una lámina plana. Los frentes de onda se extienden y se propagan por el espacio en dirección perpendicular a ellos mismos. La propagación de los frentes puede representarse mediante líneas orientadas denominadas rayos. Los rayos son perpendiculares a los frentes.

4 ejercicio Cuando un haz de luz pasa de un medio a otro atravesando una superficie de separación entre ambos medio lisa y uniforme (por ejemplo la superficie del agua cuando está quieta), ocurre un fenómeno muy curioso llamado refracción: al pasar por la superficie la luz se desvía. La marcha de los rayos está gobernada por la Ley de Snell, así llamada en honor a Willebrord Snell van Royen (Leiden, ), también conocido como Snellius, un astrónomo y matemático holandés. Siendo n1 y n2 los índices de refracción de los medios por los que viaja la luz, se cumple que: n1 . sen Θ1 = n2 . sen Θ2 donde Θ1 y Θ2 son los ángulos que forman los rayos incidente y refractado con la recta normal a la superficie de separación de los medios. Si el segundo medio es mas denso ópticamente (jerga de los físicos), n1 < n2, entonces el rayo refractado se acerca a la normal. Si, en cambio el segundo medio es menos denso, el rayo refractado se aleja de la normal. En el esquema de acá al lado podría tratarse de aire (arriba) y agua (abajo). Acá tenés un interactivo muy bien hecho en el que podés variar los ángulos de incidencia y los índices de refracción

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6 Ley de la reflexion La reflexión es el cambio de dirección de una onda magnética, que al estar en contacto con la superficie de separación entre dos medios cambia , de tal forma que regresa al medio inicial, se ejecuta una explosión. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua. La luz es una forma de energía. Gracias a ello puedes ver tu imagen reflejada en un espejo,en la superficie del agua o un piso muy brillante. Esto se debe a un fenómeno llamado reflexión de la luz. La reflexión ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una superficie chocan en ella, se desvían y regresan al medio que salieron formando un ángulo igual al de la luz incidente,muy distinta a la refraccion . C3%ADsica%29

7 ejercicio P.1 La ley de la reflexión nos dice que si es el ángulo que forma el rayo incidente con la normal (=perpendicular) al espejo, entonces el rayo reflejado forma también un ángulo con la normal. Por tanto, el ángulo que forma el rayo reflejado con el incidente es de . Si ahora, sin mover el rayo el incidente, giramos el espejo un ángulo (y por tanto, normal al espejo también gira el mismo ángulo), entonces el ángulo de incidencia será de , y el ángulo de reflexión también será . El rayo reflejado con respecto al incidente forma un ángulo de , o lo que es lo mismo, ha aumentado en con respecto al primer caso. P.2 Es un resultado teórico que para incidencia normal (=en perpendicular) sobre una superficie que separa un medio 1 de un medio 2, la intensidad del rayo reflejado está relacionada con la intensidad del rayo incidente a través de

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9 Trazo de rayos reflejados
El método de trazado de rayos (propuesto por Whitted como mejora del método de Ray Casting es una alternativa elegante y sencilla que permite calcular de una forma unificada la reflexión y la refracción de la luz, sombras, eliminación de superficies ocultas y otros efectos necesarios para conseguir escenas fotorrealistas. De este método surgieron aproximaciones más completas que resolvían de forma más exacta la ecuación de render, basándose en los mismos principios de trazado de los caminos que sigue la luz. Por esta razón, prestaremos especial atención a la descripción de este método Rayos Primarios o Visuales (V): Son los rayos que parten de la cámara virtual, pasando por cada uno de los píxeles en el plano de imagen. Para cada elemento de la escena se comprueba si el rayo visual intersecta con alguno de ellos, quedándonos con el punto de intersección más cercano de toda la lista de objetos. Rayos de Sombra (S): Parten del punto de intersección con el objeto y tienen dirección hacia las fuentes de luz. De nuevo se realiza una prueba de intersección del rayo con todos los objetos de la escena para ver si hay algún objeto que corte su trayectoria, en cuyo caso el punto de origen del rayo estaría en sombra. Rayos Reflejados (R): Si el objeto donde intersectó el rayo tiene propiedades de reflexión de tipo espejo, se generará un nuevo rayo reflejado en ese punto. Este rayo se construirá típicamente en un procedimiento recursivo, pasando a comportarse como un rayo primario en la siguiente iteración del algoritmo. Rayo Transmitidos (T): En el caso de objetos en mayor o menor grado transparentes, y de forma análoga al tratamiento para los rayos reflejados, se generará un rayo transmitido. De igual forma, este nuevo rayo se comportará como un rayo primario en la siguiente iteración del algoritmo.

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11 Ley de Snell Esta ley se define en una fórmula que nos ayuda a calcular el ángulo de refracción (es elcambio de dirección que ejerce una onda el pasar de un material a otro) de la luz al pasar deuna superficie a otra entre medios de propagación de la luz sean estas ondaselectromagnéticas o cualquier tipo de ondas.Cuando las propiedades del medio en el que se desplaza un rayo de luz cambian, se producetambién un cambio en su dirección a esta deducción habla mucho de lo ocurre con larefracción del cual en Snell es básico ya que deriva en una fórmula para calcular esos ángulosen las cuales la onda a sufrido sus cambios en esta figura vemos claramente como ocurre esecambio de la onda El frente de ondas incidente forma un ángulo 1 con la superficie de separación, yfrente de ondas refractado forma un ángulo 2 con dicha superficie.

12 ejercicio Calcula la energía de los fotones que puede intercambiar la luz que procede del Sol, cuya longitud deonda es λ = 1,5 · 10  – 7 m. ¿Cuánto aumenta la energía de los fotones si se duplica la intensidad de la luzque llega?  A partir de la fórmula que para la energía de los fotones proporciona el efecto fotoeléctrico, tenemos: J10·3,1 10·5,1 10·00,3 10·63,6 chhE 187834 −−− ==λ = ν=  Como se puede observar, la energía de los fotones no depende de la intensidad de la luz, sino de sufrecuencia. Por lo tanto, no varía la energía de los fotones si se duplica la intensidad de la luz

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14 Índices de refracción El índice de refracción es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo. De forma más precisa, el índice de refracción es el cambio de la fase por unidad de longitud, esto es, el número de onda en el medio () será veces más grande que el número de onda en el vacío ()

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16 Angulo de refraccion y desviacion de los rayos
Si un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo incide sobre la superficie de un segundo medio homogéneo, parte de la luz es reflejada y parte entra como rayo refractado en el segundo medio, donde puede o no ser absorbido. La cantidad de luz reflejada depende de la relación entre los índices de refracción de ambos medios. El plano de incidencia se define como el plano formado por el rayo incidente y la normal (es decir, la línea perpendicular a la superficie del medio) en el punto de incidencia (véase figura 1). El ángulo de incidencia es el ángulo entre el rayo incidente y la normal. Los ángulos de reflexión y refracción se definen de modo análogo. Las leyes de la reflexión afirman que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, y que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia se encuentran en un mismo plano. Si la superficie del segundo medio es lisa, puede actuar como un espejo y producir una imagen reflejada (figura 2). En la figura 2, la fuente de luz es el objeto A; un punto de A emite rayos en todas las direcciones. Los dos rayos que inciden sobre el espejo en B y C, por ejemplo, se reflejan como rayos BD y CE. Para un observador situado delante del espejo, esos rayos parecen venir del punto F que está detrás del espejo. De las leyes de reflexión se deduce que CF y BF forman el mismo ángulo con la superficie del espejo que AC y AB. En este caso, en el que el espejo es plano, la imagen del objeto parece situada detrás del espejo y separada de él por la misma distancia que hay entre éste y el objeto que está delante. Si la superficie del segundo medio es rugosa, las normales a los distintos puntos de la superficie se encuentran en direcciones aleatorias. En ese caso, los rayos que se encuentren en el mismo plano al salir de una fuente puntual de luz tendrán un plano de incidencia, y por tanto de reflexión, aleatorio. Esto hace que se dispersen y no puedan formar una imagen.

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18 Reflexion interna total
Cuando la luz incide sobre un medio de menor índice de refracción, el rayo se desvía de la normal, de tal manera que el ángulo de salida es mayor que el ángulo incidente. A tal reflexión se le llama comúnmente "reflexión interna". El ángulo de salida alcanzará los 90º, para algún ángulo de incidencia crítico θc, y para todos los ángulos de incidencia mayor que este ángulo crítico, la reflexión interna será total astr.gsu.edu/hbasees/phyopt/totint.html

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20 dispercion En física se denomina dispersión al fenómeno de separación de las ondas de distinta frecuencia al atravesar un material. Todos los medios materiales son más o menos dispersivos, y la dispersión afecta a todas las ondas; por ejemplo, a las ondas sonoras que se desplazan a través de la atmósfera, a las ondas de radio que atraviesan el espacio interestelar o a la luz que atraviesa el agua, el vidrio o el aire. Se habla de dispersión, en términos generales, como el estado de un sólido o de un gas cuando contienen otro cuerpo uniformemente repartido en su masa (equivalente a la noción de disolución, que concierne a los líquidos) f%C3%ADsica%29