La Óptica Geométrica abarca todo el proceso de formación de imágenes en espejos planos y esféricos, así

como en lentes y sistemas de lentes.

Óptica Geométrica

Consideraciones:

En un medio que además de ser transparente sea homogéneo, es decir, que mantenga propiedades idénticas en cualquier punto del mismo, la luz se propaga en línea recta. Esta característica la ley fundamental de la óptica geométrica.

Las fuentes luminosas se consideran puntuales, del cual emergen rayos de luz o líneas rectas que representan las direcciones de propagación.

Un conjunto de rayos que parten de una misma fuente se denomina haz. Los haces se consideran formados por rayos paralelos.

Reflexión de la luzLa visión de los objetos se lleva a cabo

precisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a menos que no sea una fuente en sí mismo, permanecerá invisible en tanto no sea iluminado. Los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la superficie del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y su tamaño.

Leyes de la reflexión Cuando un rayo incide sobre una superficie plana, pulida

y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexión" :

1.- El rayo incidente forma con la normal un ángulo de incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, que se llama ángulo reflejado.

2.- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en un mismo plano.

Refracción

Es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz cuando pasa de un medio transparente a otro también transparente. Este cambio de dirección está originado por la distinta velocidad de la luz en cada medio.

Leyes de la Refracción

1.- El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en un mismo plano.

2.- Se cumple la ley de Snell:

y teniendo en cuenta los valores de los índices de refracción resulta:

n1sen i = n2 sen r.

Velocidad de la luz e índice de refracción

La velocidad con que la luz se propaga a través de un medio homogéneo y transparente es una constante característica de dicho medio, y por tanto, cambia de un medio a otro.

La velocidad de la luz en el vacío c = 300 000 km/s.

En cualquier medio material transparente la luz se propaga con una velocidad que es siempre inferior a c. Así, por ejemplo, en el agua lo hace a 225 000 km/s y en el vidrio a 195 000 km/s.

índice de refracción

Se define como el cociente entre la velocidad c de la luz en el vacío y la velocidad v de la luz en el medio, es decir:

Dado que c es siempre mayor que v, n resulta siempre mayor o igual que la unidad. Conforme se deduce de la propia definición cuanto mayor sea el índice de refracción absoluto de una sustancia tanto más lentamente viajará la luz por su interior.

índice de refracción Si lo que se pretende es comparar las

velocidades v1 y v2 de dos medios diferentes se define entonces el índice de refracción relativo del medio 1 respecto del 2 como cociente entre ambas:

o en términos de índices de refracción absolutos,

Un índice de refracción relativo n12 menor que 1 indica que en el segundo medio la luz se mueve más rápidamente que en el primero.

índices de refracción

SUSTANCIA INDICE DE REFRACCION ( n )

Agua 1,33

Aire 1,0003

Alcohol etílico 1,36

Bisulfuro de carbono 1,63

Cristal ( crown ) 1,52

Yoduro de metileno 1,74

A continuación se da una tabla con los índices de refracción ( n ) de algunas sustancias, para la luz de sodio ( = 5,89 × 10 – 7 [ m ] )

 Si una sustancia tiene un índice de refracción mayor que otra, se dice que es más refringente, por ejemplo, el agua es más refringente que el aire.

 

Reflexión Total y Ángulo límiteEn este último caso, es de interés una

experiencia que demuestra que existe cierto ángulo crítico de incidencia para el cual, si , no se produce rayo refractado y la luz se refleja totalmente.  

A un determinado ángulo de incidencia le corresponde un ángulo de refracción de 90º y el rayo refractado saldrá "rasante" con la superficie de separación de ambos medios.

Este ángulo de incidencia se llama ángulo límite o ángulo crítico.

Cálculo de la velocidad de la luz en un medio

Un haz luminoso incide sobre la superficie de un medio cristalino en contacto con el aire formando un ángulo de 30º con la normal a la superficie. Si el ángulo de refracción resultante es de 22º, ¿cuál es la velocidad de la luz en ese medio? (velocidad de la luz en el vacío c = 3 · 108 m/s).

De acuerdo con la ley de Snell:o en función de las velocidades:En este caso el medio 1 es el aire y, por tanto, v1

c, de modo que