temas determinación de la reflexión de la luz. determinación de la reflexión de la luz ...
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TEMAS Determinación de la reflexión de la luz.
Superficies de ondas y rayos
Ley de reflexión
Trazo de rayos reflejados
b-Determinación de la refracción de la luz
Ley de snell
Índices de refracción
Angulo de refracción y desviación de los rayos
Reflexión interna total
C- identificación de la reflexión y refracción de las ondas esféricas
Reflexión del sonido
Refracción del sonido en la atmosfera
Refracción y reflexión de las 0ndas plásticas en la corteza terrestre
DETERMINACIÓN DE LA REFLEXIÓN DE LA LUZ
Al igual que la reflexión de las ondas sonoras, la reflexión luminosa es un
fenómeno en virtud delcual la luz al incidir sobre la superficie de los cuerpos
cambia de dirección, invirtiéndose el sentidode su propagación. En cierto modo
se podría comparar con el rebote que sufre una bola de billar cuando es lanzada
contra una de las bandas de la mesa. La visión de los objetos se lleva a
caboprecisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a
menos que no sea unafuente en sí mismo,permanecerá invisible en tanto no sea
iluminado. Los rayos luminosos queprovienen de la fuente se reflejan en la
superficie del objeto y revelan al observador los detalles desu forma y su
tamaño.De acuerdo con las características de la superficie reflectora, la reflexión
luminosa puede ser regular o difusa. La reflexión regular tiene lugar cuando la
superficie es perfectamente lisa. Unespejo o una lámina metálica pulimentada
reflejan ordenadamente un haz de rayos conservando laforma del haz. La
reflexión difusa se da sobre los cuerpos de superficies más o menos rugosas.
Enellas un haz paralelo, al reflejarse, se dispersa orientándose los rayos en
direcciones diferentes.Esta es la razón por la que un espejo es capaz de reflejar
la imagen de otro objeto en tanto queuna piedra, por ejemplo, sólo refleja su
propia imagen.Sobre la base de las observaciones antiguas se establecieron las
leyes que rigen elcomportamiento de la luz en la reflexión regular o especular.
Se denominan genéricamente leyesde la reflexión. Si S es una superficie
especular (representada por una línea recta rayada del ladoen que no existe la
reflexión), se denomina rayo incidente al que llega a S, rayo reflejado al
queemerge de ella como resultado de la reflexión y punto de incidencia O al
punto de corte del rayoincidente con la superficie S. La recta N,perpendicular a S
por el punto de incidencia, se denominanormal.El ángulo de incidencia ε es el
formado por el rayo incidente y la normal. El ángulo de reflexión ε ´es el que
forma la normal y el rayo reflejado. Con la ayuda de estos conceptos auxiliares
puedenanunciarse las leyes de la reflexión en los siguientes términos:1.ª Ley. El
rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran sobre un mismo
plano.2.ª Ley. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión (ε = ε ´).
EJERCICIOS
SUPERFICIES 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.
LEY DE LA REFLEXION
Ley de la Reflexión
Un rayo incidente sobre una superficie reflectante, será
reflejado con un ángulo igual al ángulo de incidencia. Ambos
ángulos se miden con respecto a la normal a la superficie. Esta
ley de la reflexión se pueden derivar del principio de Fermat.
La ley de la reflexión da la familiar imagen reflejada en un
espejo plano, en el que la distancia de la imagen detrás del
espejo, es la misma que la distancia del objeto frente al espejo
TRAZO DE RAYOS REFLEJADOS
El raytracing o trazado de rayos es un algoritmo para síntesis de imágenes tridimensionales. Propuesto inicialmente
por Turner Whitted en 1980, está basado en el algoritmo de determinación de superficies visibles de Arthur Appel
denominado Ray Casting (1968).
Tres esferas, reflejándose en el suelo y unas en otras.En el algoritmo Ray Casting se determinan las superficies visibles
en la escena que se quiere sintetizar trazando rayos desde el observador (cámara) hasta la escena a través del plano de
la imagen. Se calculan las intersecciones del rayo con los diferentes objetos de la escena y aquella intersección que esté
más cerca del observador determina cuál es el objeto visible.
El algoritmo de trazado de rayos extiende la idea de trazar los rayos para determinar las superficies visibles con un
proceso de sombreado (cálculo de la intensidad del píxel) que tiene en cuenta efectos globales de iluminación como
pueden ser reflexiones, refracciones o sombras arrojadas.Para simular los efectos de reflexión y refracción se trazan
rayos recursivamente desde el punto de intersección que se está sombreando dependiendo de las características del
material del objeto intersecado.Para simular las sombras arrojadas se lanzan rayos desde el punto de intersección hasta
las fuentes de luz. Estos rayos se conocen con el nombre de rayos de sombra (shadow rays).El algoritmo básico de
trazado de rayos fue mejorado por Robert Cook (1985) para simular otros efectos en las imágenes mediante el muestreo
estocástico usando un método de Montecarlo; entre estos efectos podemos citar el desenfoque por movimiento (blur
motion), la profundidad de campo o el submuestreo para eliminar efectos de aliasing en la imagen resultante.En la
actualidad, el algoritmo de trazado de rayos es la base de otros algoritmos más complejos para síntesis de imágenes
(mapeado de fotones, Metropolis, entre otros) que son capaces de simular efectos de iluminación global complejos como
la mezcla de colores (color blending) o las cáusticas. Algoritmo de trazado de rayos
DETERMINAC ION DE L A REFRACCION DE L A LUZ
Al igual que la reflexión de las ondas sonoras, la reflexión luminosa es un fenómeno en virtud delcual la luz al incidir
sobre la superficie de los cuerpos cambia de dirección, invirtiéndose el sentidode su propagación. En cierto modo se
podría comparar con el rebote que sufre una bola de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa. La
visión de los objetos se lleva a caboprecisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a menos
que no sea unafuente en sí mismo,permanecerá invisible en tanto no sea iluminado. Los rayos luminosos queprovienen
de la fuente se reflejan en la superficie del objeto y revelan al observador los detalles desu forma y su tamaño.De
acuerdo con las características de la superficie reflectora, la reflexión luminosa puede ser regular o difusa. La reflexión
regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. Unespejo o una lámina metálica pulimentada reflejan
ordenadamente un haz de rayos conservando laforma del haz. La reflexión difusa se da sobre los cuerpos de superficies
más o menos rugosas. Enellas un haz paralelo, al reflejarse, se dispersa orientándose los rayos en direcciones
diferentes.Esta es la razón por la que un espejo es capaz de reflejar la imagen de otro objeto en tanto queuna piedra,
por ejemplo, sólo refleja su propia imagen.Sobre la base de las observaciones antiguas se establecieron las leyes que
rigen elcomportamiento de la luz en la reflexión regular o especular. Se denominan genéricamente leyesde la reflexión.
Si S es una superficie especular (representada por una línea recta rayada del ladoen que no existe la reflexión), se
denomina rayo incidente al que llega a S, rayo reflejado al queemerge de ella como resultado de la reflexión y punto de
incidencia O al punto de corte del rayoincidente con la superficie S. La recta N,perpendicular a S por el punto de
incidencia, se denomina
LEY DE SNELL
La ley de Snell es una fórmula utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al
atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o
cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto. El nombre proviene de
su descubridor, el matemático holandés Willebrord Snel van Royen (1580-1626). La
denominaron "Snell" debido a su apellido pero le pusieron dos "l" por su nombre
Willebrord el cual lleva dos "l".
La misma afirma que la multiplicación del índice de refracción por el seno del ángulo de
incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie separatriz
de dos medios. Aunque la ley de Snell fue formulada para explicar los fenómenos de
refracción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una superficie de
separación entre dos medios en los que la velocidad de propagación de la onda varíe.
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 (k) será n veces más grande que
el número de onda en el vacío (k_0). La investigación reciente también ha demostrado la existencia de
índice de refracción negativo, lo que puede ocurrir si las partes reales tanto de permitividad \
epsiloneff como \mueff pueden tener permeabilidad con valores negativos. No se espera que esto
ocurra naturalmente con luz visible con algún material, aunque puede lograrse con metamateriales;
materiales creados en laboratorio para dicho propósito. El índice de refracción negativa ofrece la
posibilidad de superlentes, dispositivo de invisibilidad y otros fenómenos exóticos.
Por otra parte, el índice de refracción, en algunos materiales, depende de la frecuencia del rayo
incidente. Por esta misma razón, y en ciertos materiales, podemos obtener un índice de refracción
negativo no estándar. Por otro lado, como ya se dijo, existen metamateriales que permiten esta
propiedad en condiciones estándar o con la luz visible.