FÍSICA II GRADO Ingeniería Mecánica Prof. Norge Cruz Hernández Tema 8. Óptica.

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1 FÍSICA II GRADO Ingeniería Mecánica Prof. Norge Cruz Hernández Tema 8. Óptica

2 Tema 8. Óptica. (2 horas) 8.1 Introducción 8.2 Propagación de la luz. Velocidad de la luz e índice de refracción. 8.3 Reflexión y Refracción. Reflexión total. Aplicaciones. 8.4 Formación de imágenes en espejos. Espejos esféricos. 8.5 Lentes convergentes y divergentes.

3 Bibliografía Clases de teoría: - Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11. Clases de problemas: -Problemas de Física General, I. E. Irodov -Problemas de Física General, V. Volkenshtein - Problemas de Física, S. Kósel -Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V. D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva. Libros de consulta: -Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.

4 8.1 Introducción naturaleza de la luz Hasta la época de Isaac Newton (1642-1727), los científicos pensaban que la luz consistía en una corriente de partículas llamadas corpúsculos. Alrededor de 1665 comenzaron a descubrirse indicios de propiedades ondulatorias de la luz. En 1873, James Clerk Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnéticas y calculó su rapidez. Los trabajos experimentales de Henrich Hertz en 1887, unido a los de Maxwell, demostraron que la luz es una onda electromagnética. Varios efectos asociados con la emisión y absorción de la luz ponen de manifiesto un aspecto corpuscular, atendiendo la forma de transportar la energía en pequeños paquetes llamados fotones ó cuantos. La propagación de la luz se describe mejor mediante un modelo ondulatorio, pero para comprender la emisión y la absorción requiere un enfoque corpuscular.

5 Las fuentes fundamentales de radiación son cargas en movimiento acelerado. Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, como resultado del movimiento térmico de sus moléculas. Esta radiación (radiación térmica) es una mezcla de longitudes de onda diferentes.

6 Un LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación) es la emisión de una onda electromagnética por varios átomos, pero de forma cooperativa. Tiene un uso muy variado, por ejemplo: con fines médicos. La primera medición terrestre de la velocidad de la luz fue realizada por el france Armand Fizeau (1849).

7 La primera medición terrestres de la velocidad de la luz fue realizada por el france Armand Fizeau (1849). índice de refracción n: es la razón de la rapidez de la luz c en el vacío respecto a su rapidez v en un material óptico. en el vacío cualquier medio que no sea el vacío 8.2 Propagación de la luz. Velocidad de la luz e índice de refracción.

8 ondas, frentes de onda y rayos frente de onda: lugar geométrico de todos los puntos adyacentes en los cuales la fase de vibración de una magnitud física, asociada con la onda, es la misma. rayo: es una línea imaginaria a lo largo de la dirección de propagación de la luz, normales a las superficies de los frentes de onda. óptica física óptica geométrica

9 8.3 Reflexión y refracción. Reflexión total. Aplicaciones. reflexión y refracción

10 reflexión especular: ocurre sobre una superficie lisa, y con un ángulo definido. reflexión difusa: ocurre sobre una superficie áspera, y sin un ángulo definido.

11 leyes de reflexión y refracción - Los rayos incidente, reflejado y refractado, así como la normal a la superficie, yacen todos en el mismo plano. - El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia para todas las longitudes de onda y para cualquier par de medios. ley de reflexión - Para luz monocromática, la razón de los senos de los ángulos incidente y refractado, medidos con respecto a la normal a la superficie, es igual a la razón inversa de los índices de refracción de los dos medios: ley de refracción ley de Snell

12 coloquemos una regla en un recipiente con agua la punta de la regla aparenta estar más cerca de la superficie

13 Sol durante el crepúsculo Este efecto hace que el sol se vea de mayor tamaño.

14 El índice de refracción depende de la sustancia que componen ambos medios y de la longitud de onda que estemos analizando.

15 reflexión total En determinadas condiciones puede ocurrir que toda la luz se refleje, sin que nada de ella sea refractada. el rayo se aleja de la normal el rayo emerge tangente a la superficie reflexión total interna

16 Habrá reflexión total solamente si el ángulo de incidencia en la superficie es mayor o igual al ángulo crítico. prisma de Porro es usado en los binoculares

17 barra transparente Transmisión de imágenes por un haz de fibras ópticas.

18 dispersión de la luz La luz blanca es una superposición de longitudes de onda que abarcan todo el espectro visible. La velocidad de la luz varía para cada longitud de onda en cada material.

19 El arco iris se forma cuando está lloviendo frente a nosotros y tenemos el sol a nuestra espalda. Los colores aparecen producto de la dispersión de la luz en las gotas de agua.

20 arco iris primario arco iris secundario

21 8.4 Formación de imágenes en espejos. Espejos esféricos. objeto: cualquier cosa desde donde se irradian rayos de luz. objeto puntual: carente de extensión física. objeto extensos: objetos reales, con longitud, ancho y altura objeto extensos gran número de objeto puntual Los rayos luminosos provenientes del objeto situado en el punto P se reflejan en un espejo plano. Los rayos reflejados que penetran en el ojo se ven como si proviniesen del punto de imagen P’. objeto imagen

22 superficie plana refractiva Los rayos luminosos provenientes del objeto situado en el punto P se refractan en la interfaz plana. Los rayos refractados que penetran en el ojo se ven como si proviniesen del punto de imagen P’. la imagen se acerca a la superficie imagen virtual: los rayos salientes de la imagen no pasan en realidad por el punto de imagen imagen real: los rayos salientes de la imagen pasan en realidad por el punto de imagen

23 formación de imágenes por espejos planos distancia objeto distancia imagen Construcción para hallar la ubicación de la imagen formada por un espejo plano. Podemos repetir el procedimiento para cualesquiera dos rayos y los resultados serán los mismos.

24 Regla de signos para la distancia de objeto: Cuando el objeto está del mismo lado de la superficie reflectora o refractiva que la luz entrante, las distancia de objeto s es positiva; en caso contrario es negativa. Regla de signos para la distancia de imagen: Cuando la imagen está del mismo lado de la superficie reflectora o refractiva que la luz saliente, la distancia imagen s’ es positiva; en caso contrario, es negativa. Regla de signos para el radio de curvatura de una superficie esférica: Cuando el centro de curvatura C está del mismo lado que la luz saliente, el radio de curvatura es positivo; en caso contrario, es negativo. entrante saliente entrante saliente reglas de signos