Óptica Geométrica: Un Estudio de la Luz y sus Fenómenos
Se denomina óptica geométrica a la parte de la física que estudia los fenómenos asociados con la luz. Se aplica a un sector del espectro electromagnético que abarca las longitudes de onda visibles a los ojos y a las longitudes próximas a las visibles, como el infrarrojo y el ultravioleta.
La luz surge a veces de los objetos que son llamados, por este motivo, fuentes luminosas. Otras veces, los objetos aparecen iluminados porque solo reflejan la luz que no les es propia.
Clasificación de los Cuerpos según su Interacción con la Luz
Los cuerpos se clasifican en:
- Transparentes: Si casi toda la luz incide sobre ellos, los atraviesa.
- Translúcidos: Si solo atraviesa una parte de la luz incidente.
- Opacos: Cuando la porción de luz que logra pasar es mínima.
Una de las propiedades de la luz blanca es que puede descomponerse en los colores del arcoíris y que, si se reúnen estos colores, se puede percibir la luz blanca.
Por otra parte, cabe destacar que en la percepción del color están presentes propiedades fisiológicas referidas a los receptores fotosensibles ubicados en la retina del ojo. Otra de las propiedades de la luz es el brillo, que se relaciona con la superficie de la energía emitida por la fuente por cada unidad de superficie.
Fuentes Luminosas: Puntuales y No Puntuales
Fuente Luminosa Puntual
Se considera una fuente puntual a aquella cuyas dimensiones geométricas son lo más pequeño posible. En dicho caso, cualquier cuerpo opaco iluminado proyectaría sobre una pantalla una sombra plena, otra iluminada y la parte posterior del objeto iluminado en sombras.
Fuente Luminosa No Puntual
Es aquella de dimensiones geométricamente grandes. Cuando interponemos entre la fuente luminosa y la pantalla un cuerpo, se pueden diferenciar nítidamente dos conos: uno que tiene por generatriz las tangentes exteriores de ambos cuerpos y otro determinado por las tangentes interiores. De este modo, quedan formados dos círculos concéntricos que determinan dos zonas bien diferenciadas:
- A: Zona de sombra propiamente dicha: Es aquella que no recibe ningún rayo de luz.
- B: Zona totalmente iluminada: Recibe todos los rayos de luz, es exterior a la circunferencia de mayor radio y exterior al cono de sombra.
- C: Zona de penumbra o faja anular: En la zona comprendida entre dos circunferencias, un observador colocado en la zona no puede ver ningún punto de la fuente luminosa. En la zona de penumbra, verá parte de aquella; y de cualquier punto de la zona iluminada, toda la fuente luminosa. El fenómeno del eclipse total o parcial es consecuencia de la propagación rectilínea de la luz, según sea un eclipse total o parcial.
Reflexión de la Luz
Difusión: La difusión de la luz es un fenómeno que se produce debido a múltiples reflexiones sobre superficies irregulares o gases. Un fenómeno de difusión por gases sería el caso de la Tierra, cuya combinación de los diferentes gases que componen la atmósfera da como resultado el color característico del cielo celeste.
Reflexión: La reflexión es un fenómeno por el cual un haz de luz incide sobre una superficie pulida y genera otro haz o rayo llamado reflejado.
Leyes de la Reflexión
Primera ley: El rayo incidente llega al espejo reflejándose en forma opuesta, formando dos ángulos iguales.
Segunda ley: La normal divide en dos ángulos iguales el incidente y el reflejado, formados por el rayo incidente, el reflejado y la normal, siendo el ángulo i = r.
Refracción de la Luz
Cuando un rayo de luz incide en una superficie que separa dos medios transparentes diferentes, como el aire y el agua, parte de él se refleja y parte logra atravesarla, es decir, se refracta. Excepto en el caso particular que incida en forma perpendicular.
Imágenes en Espejos
Las imágenes en los espejos planos son llamadas imágenes virtuales, pues se producen por detrás del espejo.
Espejos con Ángulo
Permiten ver diferentes cantidades de imágenes. Si los espejos se van acercando a un ángulo cero, es decir, paralelos, la cantidad de imágenes aumenta. Alfa es el ángulo que se forma entre los espejos.
Espejos Esféricos
Se denomina espejo esférico al que surge del corte de una esfera, obteniéndose de esta forma un casquete esférico. Si se pule el casquete interior, el espejo se denomina cóncavo; si se pule el exterior, convexo.
Elementos de un Espejo Esférico
- Radio de curvatura: Es el radio de la esfera a la cual pertenece.
- Vértice del espejo: Es el polo del casquete.
- Eje principal: Es la recta determinada por el vértice y el centro de curvatura.
- Abertura del espejo: Es el ángulo determinado por dos ejes secundarios que pasan por el borde del espejo.
Marcha de los Rayos en Espejos Esféricos
Las leyes de la reflexión se verifican en los espejos esféricos, al igual que en los planos. Para eso, se admite que el punto de incidencia del rayo es un espejo plano elemental.
Foco
Si colocamos frente a un espejo cóncavo una fuente luminosa de modo que todos los rayos incidan en forma paralela al eje principal, podemos observar que, al producirse la reflexión, todos los rayos reflejados pasan por un punto común perteneciente al eje principal llamado foco principal. Como la luz cumple caminos inversos, resultará que todo rayo que pasa por el foco se refleja paralelo al eje principal.
Imágenes en un Espejo Esférico Cóncavo
Primer caso: El objeto está situado entre el centro y el infinito. Para construir estas imágenes, tomamos solamente dos rayos para determinar la altura del objeto. Un rayo que pasa por el foco incide en el espejo en forma paralela al eje principal, y otro rayo que se proyecta en forma paralela al eje principal antes de llegar al espejo y se refleja pasando por el foco. Con esos dos rayos componemos la imagen, ya que determinan la altura.
La imagen obtenida es más pequeña, invertida, real y se encuentra entre el centro y el foco.
Puede deducirse que cuando uno está situado a gran distancia de un espejo cóncavo, la imagen es pequeña (más chica que el objeto real). A medida que se acerca al foco, la imagen del objeto se agranda, hasta que al llegar al foco, la imagen desaparece. Al acercarse al espejo, la imagen reaparece, pero virtual, de mayor tamaño y derecha.