República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación

U.E.N.C. “Virgen del Monte Carmelo”Cátedra: FísicaFacilitador: Prof.

Participantes: Gómez, José Manuel Parra, Atilio Terán, José

Curso: 3er Año “B”

Bachaquero, junio 2013

Propagación, Reflexi

ón,

Propagación, Reflexión, Refracción y Dispersión de la LUZ

Formación de la luz en medios refractantes y refrigerantes

Los cuerpos son visibles por dos razones:

Porque tienen luz propia Porque tienen la capacidad de reflejar la luz que reciben de otros

objetos

Es necesario distinguir dos fenómenos que son inconfundibles:

La luz o fenómeno luminoso: Es un hecho físico que ocurre exteriormente en el hombre

La sensación luminosa: Es un fenómeno que se lleva a cabo interiormente en el hombre, tanto en los ojos, como en sus nervios y en el cerebro

Fuente de Luz

Es el cuerpo capaz de producir luz. Son fuentes de luz: el sol, las estrellas, los metales al rojo vivo

Clasificación de los cuerpos según sus fuentes productoras o captoras de luz

Cuerpos luminosos: Son los que tienen la particularidad de emitir luz propia (el sol, las estrellas)

Cuerpos iluminados: Los que son capaces de retransmitir la luz que reciben de otros cuerpos (la luna y los planetas)

Cuerpos opacos: Aquellos que no dejan pasar la luz a través de ellos (la madera)

Cuerpos traslúcidos: Los que dejan pasar la luz en forma parcial, pero no permiten distinguir la forma de ellos a su través (vidrio esmerilado, papel)

Cuerpos transparentes: Los que dejan pasar a través de ellos toda la luz que reciben y permiten la visión (vidrio, agua)

Propagación Rectilínea de la Luz

La luz se propaga en línea recta en un medio homogéneo

Pruebas de la Propagación Rectilínea de la Luz

La hipótesis de la propagación rectilínea de la luz explica una gran cantidad de fenómenos, entre ellos:

a) Cuando un rayo de luz penetra en una habitación que está llena de humo, puede observarse que el rayo de luz tiene borde definido, que es una línea recta

b) Cuando se coloca una fuente luminosa en el centro de una habitación, se observa que la luz es capaz de iluminar a todos los objetos opacos. Las sombras proyectadas por estos objetos, se deben a que la luz se propaga en línea recta y los espacios detrás de los objetos opacos son inaccesibles a ella

Sombra de un cuerpo opaco: Es la zona totalmente privada de luz detrás del objeto y limitada por los rayos tangentes que, partiendo de un punto luminoso, bordean el objeto opaco

Penumbra: Es la zona parcialmente iluminada que bordea a la sombra producida por un objeto opaco al ser alumbrado por un objeto luminoso

c) Existen fenómenos espectaculares; eclipse de sol y de luna

d) La cámara oscura: Cavidad completamente cerrada en una de cuyas caras se ha practicado un orificio circular muy pequeño

Óptica Geométrica

Es la parte de la óptica en la cual se estudian las leyes de la propagación de la energía luminosa en medios transparentes sobre la base de la representación del rayo luminoso

Al chocar el rayo de luz con la superficie de dos medios distintos, pueden darse simultáneamente tres casos, aunque lo normal es el predominio de uno de ellos.

Se reflejan, es decir, no se pueden propagar en el nuevo medio Se refractan, es decir, que se propagan en el nuevo medio Son absorbidas por el nuevo medio

Rayo de Luz

Rayo de luz o rayo luminosos, es la dirección del camino por donde viaja la luz al propagarse

La Velocidad de la Luz

La velocidad de la luz no es infinita, en el vacío la luz se propaga a 299.774 Km/s, valor éste que se aproxima a 300.000 Km/s, siendo el movimiento de la luz en el vacío un movimiento rectilíneo y uniforme

Índice de Refracción Absoluto

El índice de refracción absoluto de una sustancia, es la relación que existe entre la velocidad de la luz en el vacío (e) y la velocidad de la luz en la sustancia (Vs)

Estudio de la Reflexión de la Luz

La Reflexión: Es el fenómeno que ocurre cuando un haz de rayo de luz incide sobre una superficie bien pulida, devolviéndose los rayos al medio de donde proceden

La reflexión puede ser difusa y especular

La Reflexión Difusa: Es el fenómeno que ocurre cuando un rayo de luz incide sobre una superficie rugosa y después del choque los rayos no continúan siendo paralelos

Superficie

La Reflexión Especular o Regular: Es la que tiene lugar en los espejos, en donde un haz de rayos paralelos después de ser reflejados continúan siendo paralelos

Superficie

Elementos de la Reflexión

Rayo Incidente: Es ele que llega a la superficie, (RI)

RI

Superficie

Rayo Reflejado: Es el que sale del punto de incidencia (RR)

RI RR

Superficie

La Normal: Es la perpendicular al plano en el punto de incidencia del rayo (N)

RI N RR

Superficie

Ángulo de incidencia: Es el ángulo formado entre el rayo incidente y la normal (i)

RI N RR

i

Superficie

Ángulo de reflexión

RI N RR

r Superficie

Leyes de la Reflexión

El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en un mismo plano, el cual es perpendicular a la superficie reflectora

A P B

O

El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión

O N O

B

Imágenes

Es una reproducción del objeto por medio de los rayos luminosos. La imagen no es igual, sólo es simétrica. A cada punto del objeto le corresponde un punto de la imagen

Foco: Es el punto donde concurren los rayos luminosos o sus prolongaciones (El conjunto de focos constituye la imagen)

Las imágenes producidas por los objetos pueden ser reales y virtuales. Las imágenes reales las forman la intersección de las prolongaciones de los rayos, la cual puede ser proyectada en una pantalla

La prolongación de los rayos divergentes hasta el punto de corte, constituye una imagen virtual, la cual no puede ser reproducida en una pantalla.

Espejo Plano

Es toda superficie pulimentada destinada a dar imágenes por reflexión

Imágenes dadas por un espejo plano

La imagen virtual de un punto, es el punto donde convergen (se interpretan) las prolongaciones de todos los rayos reflejados correspondientes a rayos que han salido del objeto

S

Prolongación

Q P

S1

Características de la imagen dada por un objeto plano

1) Es el mismo tamaño del objeto2) Es simétrica respecto al objeto, está a la misma distancia detrás del espejo,

de lo que está el objeto delante del espejo3) Es virtual porque la imagen se forma en la prolongación de los rayos

reflejados

Espejos Angulares

La constituyen dos espejos planos formando un ángulo entre sí, obteniendo varias imágenes por reflexiones sucesivas. El número de imágenes depende del ángulo que formen entre sí dichos espejos

Espejo Esférico

Son aquellos donde la superficie reflectora es un casquete esférico, es decir, su superficie es parte de una esfera. Puede ser:

o Cóncavos: Aquellos que presentan concavidad hacia el espacio de donde

proviene la luz incidente. Tiene radio y foco positivo

Luz incidente Espejo Cóncavo

o Convexos: Aquellos que presentan una convexidad hacia el espacio de

donde proviene la luz incidente. Tiene radio y foco negativo

Luz incidente Espejo Convexo

Elementos principales de un Espejo Esférico

1. Centro de curvatura o centro óptico: Es el centro de la superficie esférica a la cual pertenece el espejo (c)

c

2. Vértice o centro de la figura: Es la parte central del espejo o polo de la superficie esférica (v)

C v

3. El eje óptico: Es cualquier recta que pasa a través del centro de curvatura y atraviesa el espejo (cp)

p

c v

4. El eje principal o eje óptico principal: Es toda recta indefinida que pasa a través del centro de curvatura y del vértice del espejo (cv)

P

Cc v

5. Radio de curvatura; Es el radio de la superficie esférica a la cual pertenece el espejo (R) P

R

C v

6. El foco principal: Es el punto sobre el eje principal donde convergen todos los rayos reflejados que provienen de los rayos incidentes (f)

C v

F

7. Distancia focal: Es la distancia medida desde el foco principal al vértice del espejo(f), es la mitad del radio (fp)

p

R p v

C

NOTA:

♫ El eje principal ese un eje óptico.

♫ El espejo puede tener un solo eje principal y muchos ejes ópticos

Rayos principales de un espejo cóncavo

1) El rayo paralelo al eje principal, que se refleja pasando por el foco

1

F

2) El rayo incidente que pasa por el foco, que se refleja paralelo al eje principal

R = CP = CV

P 1

2 f

p1

3) El rayo que pasa por el centro de curvatura, que se refleja sobre sí mismo

p 1

3 c f

P1 2

Imágenes dadas por los espejos cóncavos

Como los puntos u objetos luminosos pueden ocupar varias posiciones con respecto al espejo, las imágenes dadas por los espejos cóncavos pueden ser: reales y virtuales 1

A 2 AB: Objeto

B c A1 F A1B1: Imagen

B1

Desde A se traza el rayo paralelo (1) que se refleja pasando por el foco (f) El rayo (2) que pasa por el foco y se refleja paralelo al eje principal El punto B1 donde se cortan los rayos reflejados constituyen el extremo de

la imagen, m la cual se dibuja perpendicular al eje principal

Es real por que se forma en la intersección de los rayos reflejados Es invertida De menor tamaño que el objeto

Imágenes dadas por los espejos convexos

1.- A un rayo paralelo al eje principal le corresponde un rayo reflejado cuya prolongación pasa por el foco

2.- Un rayo que incide en el espejo, de tal forma que su prolongación pase por el foco, se refleja paralelo al eje principal

3.- Un rayo incide en el espejo, de tal forma que su prolongación pase por el centro de curvatura, se refleja sobre el mismo camino

B 1 B1

2 F c

A A1

AB: Objeto (1) Rayo paralelo

A1B1: Imagen (2) Rayo cuya prolongación pasa por el foco

Imágenes virtuales ( se forman en la prolongación de los rayos) Derechas

De esta manera se obtiene A1B1 que presenta las siguientes características:

Cualquiera que sea la posición de los objetos siempre se obtendrá:

Reducidas con respecto al objeto

Estudio de la Refracción de la Luz

La Refracción: Es el fenómeno ocurrido cuando un rayo de luz al atravesar la superficie del medio, cambia de dirección

La luz viaja en medios diferentes a velocidades diferentes, razón por la cual la luz se desvía de su dirección original cuando pasa de un medio a otro

Ejemplos:

1.- Al introducir un palo en un vaso que contiene agua, se nota que la parte del palo que se encuentra en el agua aparece desplazada hacia un lado y aumenta en diámetro

2.- Haces de luz atravesando una placa de vidrio. La luz viaja en línea recta en el aire y en el vidrio, pero se dobla al penetrar o salir de la superficie

“Un haz de rayo de luz al pasar de un medio a otro sufre una

desviación”

Elementos de la Refracción

1.- Rayo incidente: es el rayo que llega a la superficie de separación de los medios (RI)

R1 N

2.- Rayo refractado: Es el rayo que al atravesar la superficie de separación de los dos medios sufre un cambio de dirección

Cuando el rayo pasa de un medio menos denso a uno más denso se refracta acercándose a la normal (RR)

R1 N

Menos denso Más denso

RR

Cuando el rayo pasa de un medio más denso a otro menos denso se refracta alejándose de la normal (RR)

R1 N

Más denso

Menos denso

RR

3.- Ángulo de incidencia: Es el ángulo (i) formado entre el rayo incidente (RI) y la normal (N)

R1 N

4.- Ángulo de refracción: Es el ángulo (r) formado entre el rayo refractado (RR) y la normal (N). también llamado ángulo de emergencia

R1 N

RR

5.- La Normal: Es la perpendicular a la superficie de separación y pasa y pasa por el punto de incidencia. Como la luz pasa de un medio a otro, la normal también lo hace

N

Índice de Refracción Relativo

El índice de refracción relativo a dos medios, es la relación o cociente entre sus índices de refracción absoluto

El índice de refracción relativo a dos medios es la relación entre la velocidad de la luz en el segundo medio y la velocidad de la luz en el primer medio

n1

n1 – 2 = ------------ n2

v1

n1 – 2 = ------------ v2

Relación entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción

1.- Siempre que la luz pasa de un medio transparente menos denso a otro medio más denso el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo de refracción

2.- Siempre que la luz pasa de un medio transparente más denso a otro medio menos denso el ángulo de incidencia es menor que el ángulo de refracción

Leyes de la Refracción de la Luz

Sen i--------- = n2 - 1

Sen r

Primera Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están situados sobre el mismo plano

Segunda Ley (Ley de Snell): El cociente entre el valor del seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante

Ángulo Límite

Es el ángulo de incidencia al cual le corresponde un ángulo de refracción de 90º

90º

Λ límite

Reflexión Total interna

Es el fenómeno que ocurre cuando un rayo de luz incide desde un medio más denso a uno menos denso con un ángulo superior al ángulo límite. Las condiciones para que ocurra la reflexión total son:

Sen i--------- = ConstanteSen r

Que la luz se traslade de un medio más denso a uno menos densoQue el ángulo de incidencia sea superior al ángulo límite

Aplicación de la Reflexión Total

1. Espejismo: La imagen de un objeto lejano se ve invertido. En un día muy caluroso y calmado, es común ver la carretera como si estuviera mojada

2. El prisma de reflexión total; Todo rayo que incide con un ángulo mayor se releja totalmente

3. Las fuentes luminosas: En los rayos que inciden en la superficie interior de los corros con ángulos superiores al ángulo límite, se mantiene aprisionada la luz

Paso de un rayo de luz a través de un Prisma

Prisma: Medio transparente limitado por dos caras planas que se cortan con una arista formando un ángulo diedro

El ángulo de refringencia: Es el ángulo formado por las caras al cortarse

Desviación Mínima

Los Prismas desvían la Luz hacia su base

Es el menor ángulo de desviación experimentado por un rayo al atravesar un Prisma, para ángulos de incidencia variable. La condición para que ocurra la desviación mínima es:

El ángulo de incidencia sea igual al ángulo de emergencia

N N1

I rr e

O E

Dispersión de la Luz

Es la descomposición de la Luz en sus colores componentes

Al hacer incidir un rayo de luz blanca en un prisma, al salir de éste se descompone en colores simples, que de arriba hacia abajo se presentan en el orden: Rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, índigo y violeta

“El ángulo de refracción en un medio es diferente para cada

color”

Prisma de Reflexión Total

Son prismas isósceles rectangulares, hechos de material transparente, cuyo ángulo de reflexión total sea menor a 45º. Estos primas se utilizan para cambiar la dirección de los rayos

El Arco Iris

Es un espectro que contiene todos los colores que forman la luz blanca

Estudio sobre las Lentes

La luz al pasar a través del agua o del material transparente se refracta. Los materiales para la construcción de lentes deben poseer algunas de las propiedades físicas que presenta el agua

Lente

Es todo medio transparente limitado por dos caras, de las cuales una al menos es curva

Elementos Geométricos de un Cuerpo

1. Los Centros de Curvatura: Son los centros de las esferas a las cuales pertenecen cada una de las caras de un lente (C1 C2)

C1 C2

2.- Eje Principal: Es la recta indefinida que pasa por los centros de curvatura (E E1)

E C1 C2 E!

3.- Las radios de Curvatura: Son las radios de las esferas que constituyen las caras de los lentes (R1 R2)

R1

E C1 C2 E!

R2

4.- Los Vértices: Son los puntos de intersección de ls caras de los lentes con el eje principal (V1V2)

R

E C1 V1 V2 C2 E!

R2

5.- El Centro Óptico: Es el punto del lente situado sobre el eje principal que presenta la propiedad que todo rayo que pase por él atraviesa la lente sin sufrir ninguna desviación (D)

R

E C1 V1 O V2 C2 E!

R2

6.- El Eje Secundario: Es toda recta que pasa por el centro óptico

R

E C1 V1 O V2 C2 E!

R2

7.- Foco Principal: Es el punto situado sobre el eje principal y en el cual concurren todos los rayos refractados, que antes de atravesar el lente inciden paralelos al eje principal

R1

E C1 V1 O V2 F C2 E!

R2

Lentes Esféricas

Son aquellas lentes cuyas caras son superficies esféricas

Clasificación de las Lentes

No todos los lentes son iguales. De acuerdo al comportamiento de los rayos de luz que la atraviesan, las lentes se clasifican en:

Lentes Convergentes: Son las que concentran en un punto los rayos que inciden paralelos al eje principal, siendo más gruesos en el centro que en los bordes y se reúnen después de atravesar la lente en un punto llamado “foco principal de la lente”. Esta lente produce imágenes reales y terminan en flechas

FF

Lentes Divergentes: Son las que dispersan los rayos que inciden sobre la lente paralelos al eje principal, siendo más delgadas en el centro que en los bordes, se separan del eje y sus prolongaciones convergen en un punto hacia atrás llamado “foco principal de la lente” . Este foco es virtual, porque se forma de las prolongaciones de los rayos refractados. Terminan en flecha con puntos hacia adentro

F F

Clasificación de los lentes atendiendo a su forma

Biconvexos

Convergentes Plano – Convexos

Cóncavo - Convexas

Bicóncavos

Divergentes Plano – Cóncavos

Convexo – Cóncavo

Rayos estables en lentes convergentes

1.- Rayo Paralelo: Es el que llega a la lente paralelo al eje principal y al atravesar la lente se refracta pasando por el foco imagen (1)

1

1

2. Rayo Central: Es el rayo que atraviesa la lente pasando por el centro óptico y no experimenta desviación alguna (2)

1 2 1

2

3. Rayo Focal: Es un rayo que llega a la lente pasando por el foco objeto y se refracta paralelo al eje principal (3)

1 2 1

F0 3 F1

2

3

Construcción de Imágenes en Lentes Convergentes

Caso 1.- Cuando el objeto está situado entre el infinito y el doble de la distancia focal (2F)

A

B 2F F F B1 2F

Características de la Imagen Es real Invertida De menor tamaño que el objeto Situada entre F y 2F

Caso 2.- Cuando el objeto está situado entre el infinito y el doble de la distancia focal (2F)

A

B F 2F 2F B1

F A1

Características de la Imagen Es real Invertida De mayor tamaño que el objeto Situada a 2F

Caso 3.- Cuando el objeto está situado entre el foco y el doble de la distancia focal

A

F 2F 2F B B1

F A1

Características de la Imagen Es real Invertida De mayor tamaño que el objeto Situada más allá de 2F

Caso 4.- Cuando el objeto está situado en el foco

F 2F 2F F

Características de la Imagen

No hay imagen o puede decirse que está en el infinito. Los rayos no se cortan porque son paralelos

Caso 5.- Cuando el objeto está situado entre el foco y la lente

A1

A

B1 F 2F

2F F B

Características de la Imagen

Es virtual porque está formada por las prolongaciones de los rayos Es derecha De mayor tamaño que el objeto

Rayos notables en lentes Divergentes

1.- Rayo Paralelo: Es el que incide paralelamente al eje principal, emerge y su prolongación pasa por el foco del objeto (1)

1

F0 F1

2.- Rayo Focal: Es el que incide sobre la lente y su prolongación pasa por el foco y emerge paralelamente al eje principal (2

1

F0 F1

2

3.- Rayo Central: Rayo que incide sobre la lente pasando por el centro óptico, atraviesa la lente sin desviarse (3)

1

F0 F1

3

2

Construcción de Imágenes de Lentes Divergentes

A Rayo Paralelo

A1

B 2F F B1 F 2F

Rayo Central