Desarrollo de juegos con XNA - Parte 1- a.k.a. Cambio Radicalโฆ
Repasinho Fermat Dioptras Lentes...
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รptica geomรฉtrica
Repasinho Fermat
Dioptras Lentes delgadas
O de cรณmo manejar rayos para que hagan lo que uno quiera
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En el capitulo anteriorโฆ
direccion de propagaciรณn (rayo)
Carga puntual acelerada
direccion de ๐ธ0
James Maxwell Christian Huygens
La luz es una onda que describe la propagaciรณn espacio-temporal de campos elรฉctricos y magnรฉticos producidos por cargas aceleradas.
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Christian Huygens
Cada fuente secundaria emite ondas esfericas
Principio de Huygens โโฆCada punto del frente de ondas actua como un nuevo foco emisor secundario que genera ondas secundarias esfericas. Estas onditas se propagan a la velocidad de la onda en el medio. La posiciรณn de la superficie tangente a todas las onditas secundarias coincide con la posiciรณn que tendrรก el frente de onda un instante despuesยจ
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Christian Huygens
๐๐ = ๐๐
Ley de reflexiรณn
๐
๐
๐๐ < ๐๐ก
A
B ๐๐ sin ๐ = ๐๐ก sin ๐ก
Ley de refracciรณn
๐ฃ =๐
๐
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Christian Huygens
Ley de reflexiรณn
Reversibilidad de caminos รณpticos
๐๐ sin ๐ = ๐๐ก sin ๐ก Ley de refracciรณn
๐๐ = ๐๐
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Principio de Fermat (una alternativa a la teoria de onditas secundarias de Huygens)
๐๐ sin ๐ = ๐๐ก sin ๐ก
La trayectoria que sigue el rayo que conecta dos puntos dados es aquella que minimiza la longitud del camino รณptico entre dichos puntos.
Para la trayectoria de la figura: Long.Camino Geomรฉtrico: s1+ s2
Long.Camino รptico: n1s1+ n2 s2
๐๐ 1
๐ฃ1+
๐ 2
๐ฃ2= c (๐ก1 + ๐ก2)
LCO = ๐
๐ฃ1๐ 1 +
๐
๐ฃ2๐ 2 =
Tiempo que tarda la luz en recorrer la trayectoria
๐
๐
๐1 < ๐2
s1
s2
A
B
La trayectoria que sigue el rayo que conecta dos puntos dados es aquella que minimiza la tiempo que tarda la luz en conectarlos
P
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Principio de Fermat
La propagaciรณn a lo largo de diferentes medios puede estimarse a partir de la ley de Snell aplicada a cada interfase.
La trayectoria que sigue el rayo que conecta dos puntos dados es aquella que minimiza la longitud de camino รณptico entre dichos puntos (o equivalente, minimiza el tiempo de recorrido de la luz entre ambos puntos).
Camino geomรฉtrico: s1+ s2+โฆ+ sm
Camino รณptico: n1s1+ n2 s2+โฆ+ nm sm
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Asรญ se fabrica un espejismo
RTI
n1
n2
n3
n4
n1 > n2 > n3 > n4
Ambas trayectorias tienen similar LCO El observador vislumbra dos imรกgenes puntuales
Imagen virtual
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Espejismos
El รญndice de refracciรณn del aire disminuye con la temperatura.
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Empezando a imagenear
Cada punto de la superficie de una fuente luminosa, o de un objeto iluminado, puede considerarse como una fuente puntual que emite ondas esfericas.
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Deformando frentes de onda
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Deformando frentes de onda
Dentro de lo que llamamos sistema optico ocurren refracciones y reflexiones que tienen como resultado el cambio de direcciรณn de rayos (deformaciรณn del frente de onda)
En este ejemplo la imagen de un punto es un punto. El sistema รณptico transforma un punto objeto (S) en un punto imagen (P). (Esto no siempre es asiโฆy cuando no ocurre: se habla de aberraciones)
Como la propagaciรณn de rayos es reversible. Si el objeto estuviera en P su imagen serรญa el punto S. Se dice que S y P son puntos conjugados
Espacio objeto Espacio imagen
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Deformando frentes de onda
El sistema รณptico colecta solo una porciรณn del frente de onda entonces es de esperar efectos de difracciรณn (recordar Raleigh!!).
Espacio objeto Espacio imagen
PEROโฆsi consideramos que las dimensiones de la lente son mucho mayores que la longitud de onda de la luz que la atraviesa entonces podemos despreciar estos efectos y quedarnos con una caracterizaciรณn geomรฉtrica.
![Page 14: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/14.jpg)
Optica geomรฉtrica
El sistema รณptico colecta solo una porciรณn del frente de onda entonces es de esperar efectos de difracciรณn (recordar Raleigh!!).
Espacio objeto Espacio imagen
PEROโฆsi consideramos que las dimensiones de la lente son mucho mayores que la longitud de onda de la luz que la atraviesa entonces podemos despreciar estos efectos y quedarnos con una caracterizaciรณn geomรฉtrica.
Optica geomรฉtrica: Nos quedamos con leyes de refracciรณn y reflexiรณn y despreciamos la naturaleza ondulatoria de la luz (chau difraccion e interferencia)
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Lentes
Lente: Dispositivo refractante (provoca una discontinuidad del รญndice de refracciรณn en una zona del espacio) que tiene como efecto reconfigurar la propagaciรณn de ondas incidentes de una manera particular.
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Empecemos por algo simpleโฆ Dioptra (a.k.a. interfase) plana
๐๐ sin ๐๐ = ๐๐ก sin ๐๐
๐๐ sin ๐ = ๐๐ก sin ๐ก
๐๐ < ๐๐ก
๐
๐
En este caso se trata de una interfase (dioptra) plana que cambia la direcciรณn del frente de ondas plano
nota: la normal a la superficie es siempre la misma (tiene la misma direccion) para cualquier punto de la superficie plana
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Dioptra plana y formaciรณn de imรกgenes
Los rayos de la fuente puntual S que se refractan en la interfase agua-aire parecen provenir de P
Decimos que la imagen de la fuente puntual S, es la fuente virtual P
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Longitud de camino รณptico y frentes de onda
๐๐ sin ๐ = ๐๐ก sin ๐ก
๐๐ < ๐๐ก
๐
๐
Principio de Fermat
La trayectoria que sigue el rayo que conecta dos puntos dados es aquella que minimiza la longitud del camino รณptico entre dichos puntos.
LCO|FAE = ni |FA|+ nt |AE| F
G
H
I
= ๐|๐น๐ด|
๐ฃ๐+
๐|๐ด๐ธ|
๐ฃ๐ก= ๐ (๐ก๐น๐ด + ๐ก๐ด๐ธ)
tiempo que tarda la luz en propagarse
LCO|GHI = ni |GH|+ nt |HI|
= ๐|๐บ๐ป|
๐ฃ๐+
๐|๐ป๐ผ|
๐ฃ๐ก= ๐ (๐ก๐บ๐ป + ๐ก๐ป๐ผ)
Analogamente:
LCO|FAE = LCO|GHI
Pero entonces vemos que:
La luz tarda lo mismo en recorrer |FE|y |GI|
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Longitud de camino รณptico y frentes de onda
๐๐ < ๐๐ก
๐
๐
F
G
H
I
LCO|FE = LCO|GI
Mantra de los caminos opticos:
La LCO de rayos que conectan puntos de dos frentes de ondas es siempre la misma
Y por que es bueno saber esto?
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Diรณptras mรกs generales La combinaciรณn de geometrรญa (una hipรฉrbola en este caso) y cambio de velocidad de propagaciรณn (n1 > n0 ) da lugar a la deformaciรณn del frente de ondas de una manera particular
Esto tambien puede ser descripto en el lenguaje de rayos y Snell
Y tambien es consistente con Fermat! La trayectoria de la luz entre dos puntos es la que minimiza el tiempo de recorrido o lo que es lo mismo, la longitud de camino รณptico.
n1 n0
La hiperbola tiene โjustoโ una forma tal que la longitud de camino รณptico de cualquier rayo que parta de S y llegue a algรบn punto del frente DDยด sea el mismo.
Esto asegura que todos los rayos de S lleguen en fase al plano DDโ y definan por tanto un frente de onda plano.
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Diรณptras: buscando la forma
Uds me creyeron que la superficie que lograba transformar el frente de ondas esferico en uno plano era una hiperbolaโฆveamoslo con un poco de detalle usando Fermat:
Veamos quรฉ resulta de requerir que la interfase sea tal que LCO ๐๐ ๐๐ด + ๐๐ก ๐ด๐ท = ๐๐ก๐, para todo A sobre la interfase
Ecuacion (de una hiperbola de eccentricidad e>1) que deben cumplir los puntos A que definen la interfase requerida.
๐๐ด +๐๐ก
๐๐ ๐ด๐ท = ๐๐ก๐โฒ
๐๐ด + ๐ ๐ด๐ท = ๐๐ก๐โฒ
Cuando una fuente puntual se encuentra sobre el foco F1 de una hipรฉrbola , un frente de ondas plano se propaga por el medio de mayor รญndice de refracciรณn.
Foco de la hiperbola
Linea directriz de la hiperbola
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Diรณptras que transforman ondas esfรฉricas en ondas planas
๐๐ด +๐๐ก
๐๐ ๐ด๐ท = ๐๐ก๐โฒ
๐๐ด + ๐ ๐ด๐ท = ๐๐ก๐โฒ ๐ > 1
๐๐ก > ๐๐
Los puntos A describen una hiperbola
๐ < 1
๐๐ก < ๐๐
Los puntos A describen una elipse
S
A D
S
A D
LCO ๐๐ ๐๐ด + ๐๐ก ๐ด๐ท = ๐๐ก๐, para todo rayo que pase por A sobre la interfase
quรฉ ve alguien que observa desde la derecha?
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Diรณptras que transforman ondas planas en esfรฉricas
S
Y el caso inverso? reversiรณn temporal!
S
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Diรณptras que transforman ondas planas en esfรฉricas
S
Y el caso inverso? reversiรณn temporal!
S
P
P
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Diรณptras esfรฉricas
โข Vemos que dioptras elรญpticas/hiperbรณlicas sirven para transformar frente de ondas planos<->esfรฉricos
โข Pero es muucho mรกs fรกcil construir superficies esfรฉricasโฆcambia mucho el comportamiento?
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Diรณptra esfรฉrica
centro de curvatura (>0)
distancia objeto (>0)
distancia imagen (>0)
๐1 sin ๐๐ = ๐2 sin ๐๐ก
๐ฟ๐ถ๐ = ๐1๐๐ + ๐2๐๐
Cรณmo podemos relacionar las posiciones del objeto, la imagen y la geometria de la interfase?
Cada rayo se refracta segun Snell
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Dioptra esfรฉrica
๐ผ
๐ฝ
๐พ a
b c
๐2 = ๐2 + ๐2 โ 2๐๐ cos ๐พ ๐ฟ๐ถ๐ = ๐1๐๐ + ๐2๐๐
Cรณmo podemos relacionar las posiciones del objeto, la imagen y la geometria de la interfase?
centro de curvatura (<0)
distancia objeto (>0)
distancia imagen (>0)
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Dioptra esfรฉrica
๐2 = ๐2 + ๐2 โ 2๐๐ cos ๐พ
๐๐2 = ๐ 2 + (๐ ๐ + ๐ )2โ2๐ (๐ ๐ + ๐ )cos ๐ ๐๐ด๐ถ:
Cรณmo podemos relacionar las posiciones del objeto, la imagen y la geometria de la interfase?
centro de curvatura (<0)
distancia objeto (>0)
distancia imagen (>0)
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Dioptra esfรฉrica
๐2 = ๐2 + ๐2 โ 2๐๐ cos ๐พ
๐๐2 = ๐ 2 + (๐ ๐ โ ๐ )2โ2๐ (๐ ๐ โ ๐ )cos(๐ โ ๐) ๐ถ๐ด๐:
๐ฟ๐ถ๐ = ๐1๐๐ + ๐2๐๐
Cรณmo podemos relacionar las posiciones del objeto, la imagen y la geometria de la interfase?
centro de curvatura (<0)
distancia objeto (>0)
distancia imagen (>0)
๐๐2 = ๐ 2 + (๐ ๐ + ๐ )2โ2๐ (๐ ๐ + ๐ )cos ๐ ๐๐ด๐ถ:
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๐ parametriza la localizaciรณn del pto A
Diรณptra Esfรฉrica
c
๐ฟ๐ถ๐ = ๐1๐๐(๐) + ๐2๐๐(๐)
= ๐1 (๐ ๐ + ๐ )2+๐ 2 โ 2๐ (๐ ๐ + ๐ )cos๐ + ๐2 (๐ ๐ โ ๐ )2+๐ 2 + 2๐ (๐ ๐ + ๐ )cos๐
Cรณmo podemos relacionar las posiciones del objeto, la imagen y la geometria de la interfase?
Fermat: LCO debe ser mรญnimo debe ser tal que
๐๐ฟ๐ถ๐
๐๐ ๐๐ด
= 0 =๐1๐ (๐ 0 + ๐ ) sin๐
2๐0(๐)โ
๐2๐ (๐ ๐ โ ๐ ) sin ๐
2๐๐(๐)
![Page 31: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/31.jpg)
Diรณptra Esfรฉrica
Fermat: LCO debe ser mรญnimo
๐๐ฟ๐ถ๐
๐๐ ๐๐ด
= 0
๐1๐ (๐ 0 + ๐ ) sin ๐
2๐0โ
๐2๐ ๐ ๐ โ ๐ sin๐
2๐๐= 0
๐1 (๐ 0 + ๐ )
๐0=
๐2 ๐ ๐ โ ๐
๐๐
๐1 ๐ 0
๐0+
๐1 ๐
๐0=
๐2๐ ๐
๐๐โ
๐2๐
๐๐
๐1
๐0+
๐2
๐๐=
1
๐
๐2๐ ๐
๐๐โ
๐1 ๐ 0
๐0
๐ฟ๐ถ๐ = ๐1๐๐(๐) + ๐2๐๐(๐)
![Page 32: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/32.jpg)
Diรณptra Esfรฉrica
Fermat: LCO debe ser mรญnimo
๐๐ฟ๐ถ๐
๐๐ ๐๐ด
= 0
๐1๐ (๐ 0 + ๐ ) sin ๐
2๐0โ
๐2๐ ๐ ๐ โ ๐ sin๐
2๐๐= 0
๐1 (๐ 0 + ๐ )
๐0=
๐2 ๐ ๐ โ ๐
๐๐
๐1 ๐ 0
๐0+
๐1 ๐
๐0=
๐2๐ ๐
๐๐โ
๐2๐
๐๐
๐1
๐0(๐)+
๐2
๐๐(๐)=
1
๐
๐2๐ ๐
๐๐(๐)โ
๐1 ๐ 0
๐0(๐)
Llegamos a una expresiรณn exacta, para el ๐ que minimiza el LCO|SP
Fijense que esto significa que la imagen de un punto no es un punto, sino una mancha
c
๐ฟ๐ถ๐ = ๐1๐๐(๐) + ๐2๐๐(๐)
Notar que dados ๐1, ๐2 y R existe un unico ๐ que produce un LCO minimo entre ๐ ๐y ๐ ๐
![Page 33: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/33.jpg)
Diรณptra Esfรฉrica aprox. paraxial
c
๐1
๐0+
๐2
๐๐=
1
๐
๐2๐ ๐
๐๐โ
๐1 ๐ 0
๐0
Notar que para los rayos que se desvรญan poco del eje:
๐~0 ๐ ๐~๐๐ ๐ ๐~๐๐
๐1
๐ 0+
๐2
๐ ๐=
1
๐ ๐2 โ ๐1
Ecuacion de dioptra esfรฉrica en la aproximaciรณn paraxial
Para rayos paraxiales, la ecuaciรณn que vincula la posiciรณn de la fuente con la de la imagen es independiente del pto A (lo y li)
En esta aproximacion ๐๐ y ๐๐ desaparecieron de la ecuacion!
![Page 34: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/34.jpg)
Diรณptra Esfรฉrica aprox. paraxial
c
๐1
๐ 0+
๐2
๐ ๐=
1
๐ ๐2 โ ๐1
Importante tener presente convenciรณn de signos utilizada.
Con luz desde la izquierdaโฆ
๐ ๐ + izquierda de V
๐ ๐ + derecha de V
R + si C esta a la derecha de V
๐ฆ๐, ๐ฆ๐ + encima del eje optico
๐๐๐ ๐ ๐ +
๐๐๐ ๐ ๐ +
![Page 35: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/35.jpg)
Diรณptra esfรฉrica
Con luz desde la izquierdaโฆ
๐ ๐ + izquierda de V
๐ ๐ + derecha de V
R + si C esta a la derecha de V
๐ฆ๐, ๐ฆ๐ + encima del eje optico
LUZ R>0 LUZ R<0
![Page 36: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/36.jpg)
Diรณptra esfรฉrica
Con luz desde la izquierdaโฆ
๐๐ + izquierda de V
๐ ๐ + derecha de V
R + si C esta a la derecha de V
๐ฆ๐, ๐ฆ๐ + encima del eje optico
LUZ LUZ
๐ ๐ > 0 ๐ ๐ < 0
objeto real objeto virtual
Rayos incidentes convergerian en un punto objetoโฆpero antes aparece la interfaseโฆy no lo hacen
![Page 37: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/37.jpg)
Diรณptra esfรฉrica
Con luz desde la izquierdaโฆ
๐ ๐ + izquierda de V
๐๐ + derecha de V
R + si C esta a la derecha de V
๐ฆ๐, ๐ฆ๐ + encima del eje optico
LUZ LUZ
๐ ๐ > 0
imagen real
๐ ๐ < 0 imagen virtual
Rayos refractados parecen diverger de un punto imagenโฆque no existe en realidad(!)
![Page 38: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/38.jpg)
Diรณptra esfรฉrica
Hay algunos puntos especiales
Existe una posiciรณn, llamada foco objeto (fo), desde donde la cual la onda esfรฉrica emitida por una fuente puntual se transforma en onda plana
![Page 39: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/39.jpg)
Diรณptra esfรฉrica
Hay algunos puntos especiales
Existe una posiciรณn sobre el eje optico llamada foco imagen(fi), a donde convergen frente de ondas planos incidentes sobre la dioptra
![Page 40: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/40.jpg)
Diรณptra esfรฉrica
Hay algunos puntos especiales
La ubicacion de los puntos focos objeto e imagen de una dioptra esferica en la aproximacion paraxial dependen de: n1, n2 y R
![Page 41: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/41.jpg)
Diรณptra esfรฉrica: objetos virtuales
Recordemos: El foco objeto es la ubicacion del objeto que produce un frente de onda refractado plano. Consideremos esta situacion: Onda incidente hacia la dioptra convergiendo hacia algun punto (llamado objeto virtual)
Recodemos convencion con la que hay que trabajar Con luz desde la izquierdaโฆ
๐ ๐, ๐๐ + izquierda de V
๐ ๐ + derecha de V
R + si C esta a la derecha de V
๐ฆ๐, ๐ฆ๐ + encima del eje optico
![Page 42: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/42.jpg)
Diรณptra esfรฉrica: imรกgenes virtuales
Recordemos: El foco imagen es la ubicacion del punto imagen producido por un frente de onda plano incidente sobre una dioptra. Consideremos esta situacion: Onda plana incidente hacia la dioptra de R<0. Rayos refractado parecen provenir de un punto ubicado en fi
Recodemos convencion con la que hay que trabajar Con luz desde la izquierdaโฆ
๐ ๐, ๐๐ + izquierda de V
๐ ๐ , ๐๐ + derecha de V
R + si C esta a la derecha de V
๐ฆ๐, ๐ฆ๐ + encima del eje optico
![Page 43: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/43.jpg)
Diรณptra esfรฉrica
La ubicacion de los puntos focos objeto e imagen de una dioptra esferica en la aproximacion paraxial dependen de: n1, n2 y R
R>0 (convexo) R<0 (concavo)
![Page 44: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/44.jpg)
Lentes (Snell x 2)
Una lente dos interfases (material1-material2-material1)
Ya sabemos como encontrar analiticamente la imagen de una fuente puntual que produce una dioptra (โฆsolo que ahora tenemos que concatenar dos veces ese procedimiento
![Page 45: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/45.jpg)
Lentes (Snell x 2)
Una lente dos interfases (material1-material2-material1)
Ya sabemos como encontrar analiticamente la imagen de una fuente puntual que produce una dioptra (โฆsolo que ahora tenemos que concatenar dos veces ese procedimiento
![Page 46: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/46.jpg)
Lentes: fรณrmula del constructor La primera refraccion de rayos genera la imagen primaria Pโ (que para este ejemplo resulta virtual) Pโ actuarรก como fuente objeto (So2) para la refracciรณn de la segunda interfase.
๐ ๐2 = ๐ ๐1 + ๐ ๐ ๐2 = โ๐ ๐1 + ๐
teniendo en cuenta los signos
Sumo miembro a miembro ambas expresiones
Para la segunda interfase:
๐๐
โ๐ ๐1 + ๐+
๐๐
๐ ๐2=
1
๐ 2๐๐ โ ๐๐
>0 en este ejemplo
Para la primera interfase:
๐๐
๐ ๐1+
๐๐
๐ ๐1=
1
๐ 1๐๐ โ ๐๐
๐๐
๐ ๐1+
๐๐
๐ ๐2=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐ โ ๐๐ +
๐๐ ๐
(๐ ๐1โ๐)๐ ๐1
![Page 47: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/47.jpg)
Lentes: aproximaciรณn de lente delgada La primera refraccion de rayos genera la imagen primaria Pโ (que para este ejemplo resulta virtual) Pโ actuarรก como fuente objeto (So2) para la refracciรณn de la segunda interfase.
๐๐
๐ ๐1+
๐๐
๐ ๐2=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐ โ ๐๐ +
๐๐ ๐
(๐ ๐1โ๐)๐ ๐1
Si la lente es lo suficientemente delgada dโ0
๐๐
๐ ๐1+
๐๐
๐ ๐2=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐ โ ๐๐
1
๐ ๐1+
1
๐ ๐2=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1 ๐๐๐ โก
๐๐
๐๐
![Page 48: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/48.jpg)
Lentes delgadas: haciendo foco
1
๐ ๐1+
1
๐ ๐2=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
Puntos especiales:
Donde se forma la imagen cuando incide una onda plana? Llamo a ese punto foco imagen fi
1
โ+
1
๐๐=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
De que punto proviene la onda incidente cuando se transmite una onda plana? Llamo a ese punto foco objeto fo
1
๐๐+
1
โ=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
๐๐ = ๐๐ = ๐ Para una lente delgada: 1
๐=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
![Page 49: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/49.jpg)
Focos, geometria y nโs
1
๐ ๐1+
1
๐ ๐2=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
1
๐=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
R1>0 R2<0
R1<0 R2>0
![Page 50: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/50.jpg)
Curvatura y distancia focal
1
๐ ๐1+
1
๐ ๐2=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
1
๐=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
Ejemplo de dependencia con la curvatura
1
๐
Distancias focales mรกs pequeรฑas se obtienen para curvaturas mรกs grandes
Potencia de una lente (dioptrias)
๐ =1
๐
![Page 51: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/51.jpg)
Rayos particulares (de muucha ayuda)
Para lentes delgadas el rayo que pasa por el centro de la lente no se desvรญa.
![Page 52: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/52.jpg)
Plano focal
Para lentes delgadas el rayo que pasa por el centro de la lente no se desvรญa.
El rayo que pasarรญa por fo debe salir paralelo
Un haz de rayos paralelos no alineado con el eje รณptico converge a un punto sobre el plano focal de la lente
Teniendo en cuenta que:
![Page 53: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/53.jpg)
Lentes delgadas y formaciรณn de imรกgenes (metodo de los 3 rayos 3)
1. el rayo que pasa por el centro de la lente no se desvรญa.
2. el rayo que entra paralelo se dirige hacia fi
3. el rayo que pasa por
fo sale paralelo
1
๐=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
f > 0
f < 0
![Page 54: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/54.jpg)
Lentes delgadas y formaciรณn de imรกgenes (ejs. con objetos virtuales)
1. el rayo que pasa por el centro de la lente no se desvรญa.
2. el rayo que entra paralelo se dirige hacia fi
3. el rayo que pasa por
fo sale paralelo
1
๐=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
objetos virtuales
APPLET geometric-optics.jar
![Page 55: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/55.jpg)
Aumento Lateral de una lente
< 0
0 <
tan ๐ผ =๐ฆ0
๐=
|๐ฆ๐|
(๐ ๐ โ ๐)
๐ผ ๐ผ
๐ฆ0
|๐ฆ๐|=
๐
(๐ ๐ โ ๐)
![Page 56: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/56.jpg)
Aumento Lateral de una lente
๐ฆ0
|๐ฆ๐|=
๐
(๐ ๐ โ ๐)
๐ฆ0
|๐ฆ๐|=
(๐ ๐ โ ๐)
๐
๐ฆ0
|๐ฆ๐|=
๐ ๐
๐ ๐
< 0
0 <
= โ๐ ๐
๐ ๐=
๐ โ ๐ ๐
๐= โ
๐
(๐ โ ๐ ๐) ๐๐ โก
๐ฆ๐
๐ฆ๐
Definimos aumento lateral como
![Page 57: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/57.jpg)
Aumento Lateral de una lente
๐๐ โก๐ฆ0
๐ฆ๐
< 0
0 <
= โ๐ ๐
๐ ๐=
๐
๐ โ ๐ ๐=
(๐ โ ๐ ๐)
๐
MT < 0 indica imagen invertida Notar: sรณlo no habrรก inversiรณn
cuando objeto e imagen esten en el mismo sem-espacio
![Page 58: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/58.jpg)
Aumento Lateral de una lente
๐๐ โก๐ฆ0
๐ฆ๐ = โ
๐ ๐
๐ ๐=
๐
๐ โ ๐ ๐=
(๐ โ ๐ ๐)
๐
![Page 59: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/59.jpg)
Combinaciรณn de lentes delgadas
(lentes separadas una distancia mayor que la suma de sus distancias focales)
1
๐ ๐1+
1
๐ ๐2=
1
๐ 1โ
1
๐ 2๐๐๐ โ 1
La imagen de la primera lente sera el objeto de la segundaโฆ. Analiticamente, puedo plantear secuencialmente la ec. del constructor de lentes:
![Page 60: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/60.jpg)
Combinaciรณn de lentes delgadas
(lentes separadas una distancia mayor que la suma de sus distancias focales)
๐๐ = ๐๐1 ๐๐2
![Page 61: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/61.jpg)
Combinaciรณn de lentes delgadas
(lentes separadas una distancia menor que la suma de sus distancias focales)
objeto virtual para la segunda lente
Lo hago en dos pasos:
![Page 62: Repasinho Fermat Dioptras Lentes delgadasmaterias.df.uba.ar/eob2019c1/files/2019/05/02_geometrica...ย ยท 2019. 5. 21.ย ยท Dioptra (a.k.a. interfase) plana ๐๐ sin๐๐=๐๐ก](https://reader035.fdocuments.es/reader035/viewer/2022071502/61218f054e2c7229905ee861/html5/thumbnails/62.jpg)
Combinaciรณn de lentes delgadas
(lentes separadas una distancia menor que la suma de sus distancias focales)
objeto virtual para la segunda lente
Lo hago en dos pasos: