instituto tecnolgico de orizaba

instituto tecnolgico de orizabaUNIDAD 3: PTICA

NDICE

UNIDAD III.- PTICA

3.1 ptica Geomtrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... 33.1.1 Concepto de Luz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..43.1.2 Velocidad de la luz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 53.1.3 Reflexin y Refraccin. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 73.1.4 Fibra ptica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113.1.5 Espejos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.1.6 Lentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.1.7 El telescopio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163.2 Estudio y aplicaciones de emisin laser. . . . . . . . . . . . 18

INTRODUCCINSi hacemos un razonamiento simple sobre la naturaleza de la luz, fcilmente deducimos que la luz es algo que sale del Sol, inunda nuestro medio y, con la ayuda de nuestros ojos, nos permite ver.Estudiar este "algo" intangible fue un reto para los que se acercaban al conocimiento de la naturaleza. Cmo hacerlo? Analizando el ojo? Tratando de separar la luz en partes y manipulndola? Hacindola chocar con los objetos? Mirando qu le pasa cuando atraviesa algunos cuerpos que no la hacen desaparecer?Este fue el camino que dio lugar al nacimiento de una rama de la ptica, laptica Geomtrica, en la que todas las deducciones se hacen basndose en razonamientos geomtricos y no es necesario suponer nada sobre la naturaleza de la luz.Est claro que la luz viene del Sol y tambin de una llama, pero qu le ocurre a la materia ardiente para que emita luz?Hoy sabemos que la luz se origina en los tomos debido a la cada de los electrones a zonas ms cercanas al ncleo. A este trnsito le acompaa una emisin de radiacin. La luz visible es una parte de esta radiacin.El estudio de la luz empez aislando una parte de ella en haces ms o menos finos y de esta manera se lleg al concepto de rayo.Desmenuzar la luz en partes, estudiar su marcha y el proceso de formacin de imgenes, fue un gran logro y en l participaron grandes cientficos como Newton, Descartes, Young. Los cientficos empezaron por observar la accin de los espejos sobre la luz y estudiando cmo y dnde se formaban las imgenes dadas por ellos.Estudiaron tambin lentes y dedujeron las leyes que rigen la formacin de sus imgenes.Todo esto es lo que estudia laptica Geomtrica.Al aumentar el conocimiento de la naturaleza de la materia se descubrieron partes conceptuales ms profundas de la naturaleza de la luz y surgieron otras partes de la ptica como laptica, ptica Cuntica.

3.1 PTICA GEOMTRICA

La ptica geomtrica parte de las leyes fenomenolgicas de Snell de la reflexin y la refraccin. A partir de ellas, basta hacer geometra con los rayos luminosos para la obtencin de las frmulas que corresponden a los espejos, dioptrio y lentes, obteniendo as las leyes que gobiernan los instrumentos pticos a los que estamos acostumbrados.

La ptica geomtrica usa la nocin del rayo luminoso; es una aproximacin del comportamiento que corresponde a las ondas electromagnticas (la luz) cuando los objetos involucrados son de tamao mucho mayor que la longitud de onda usada; ello permite despreciar los efectos derivados de la difraccin, comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz, cuando estos rayos inciden sobre otros cuerpos pueden ser absorbidos, reflejados o desviados, pero si penetran en el ojo estimulan el sentido de la VISTA.

3.1.1 La Luz

Se llama luz (del latn lux, lucis) a la parte de la radiacin electromagntica que puede ser percibida por el ojo humano. En fsica, el termino luz se usa en un sentido ms amplio e incluye todo el campo de la radiacin conocido como espectro electromagntico, mientras que la luz visible seala especficamente la radiacin del espectro visible.

La luz se propaga en lnea recta en un medio homogneo. La hiptesis de la propagacin de la luz explica varios fenmenos entre los que se puede resaltar:Cuando un rayo de luz penetra en una habitacin que est llena de humo, puede observarse que el rayo de luz tiene borde definido, que es una lnea recta.

El estudio de la luz revela como una serie de caractersticas y efectos al interactuar con la materia, que permite desarrollar algunas teoras sobre su naturaleza.

3.1.2 VELOCIDAD DE LA LUZ

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

En la antigedad se pensaba que su valor era infinito, lo que explicaba su propagacin instantnea. Debido a su enorme magnitud la medida de la velocidad de la luz C ha requerido la invencin de procedimientos ingeniosos que superarn el inconveniente que suponen las cortas distancias terrestres en relacin con tan extraordinaria rapidez. Donde mtodos astronmicos y mtodos terrestres han ido dando resultados cada vez ms prximos.En la actualidad se acepta para la velocidad de la luz en el vaco el valor C= 300,00 Km/h. En cualquier medio material transparente la luz se propaga con una velocidad que es siempre inferior a C.

En ptica se suele comparar la velocidad de la luz en un medio transparente con la velocidad de la luz en el medio, mediante el llamado ndice de refraccin absoluto N del medio: Se define como el cociente entre la velocidad C de la luz en el vaco y la velocidad en el medio, es decir:

N = C / V Dado que C siempre es mayor que V, N resulta siempre mayor que la unidad. Conforme se deduce de la propia definicin Cuanto mayor sea el ndice de refraccin absoluto de una sustancia tanto ms lentamente viajar la luz por su interior.

Si lo que se pretende es comparar las velocidades V1 y V2 de dos medios diferentes se define entonces el ndice de refraccin relativo del medio. Un espectro de dos como coeficiente entre ambas:

N1,2 = N1 / N2 N1,2 = (C/V1)(C/V2) N1,2 = N2 / N1

Un ndice de refraccin relativo N1,2 menor que 1 indica que en el segundo medio de la luz se mueve ms rpidamente que en el primero.

3.1.3 REFLEXIN Y REFRACCIN

REFLEXIN

La reflexin es el cambio de direccin de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separacin entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexin de la luz, el sonido y las ondas del agua.

Reflexin de la luz y sus leyes

Es el cambio de direccin en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una superficie.

Para este caso las leyes de la reflexin son las siguientes:

1ra. Ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.

2da. Ley: El ngulo de incidencia es igual al ngulo de reflexin.

Sin embargo, en superficies pticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la mayor parte de la radiacin se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ngulo de indicio. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el agua de un ro. La luz tambin se refleja por medio del fenmeno determinado reflexin interna local, que se produce cuando un rayo de luz, intenta salir de un medio en que su velocidad es ms lenta a otro ms rpido con un determinado ngulo.

REFRACCIN

La refraccin es el cambio de direccin que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Slo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separacin de los medios y si estos tienen de refraccin distintos.

La refraccin se origina en el cambio de velocidad de propagacin de la onda. Un ejemplo de este fenmeno se ve cuando se sumerge un lpiz en un vaso con agua: el lpiz parece quebrado.

Tambin se produce refraccin cuando la luz atraviesa capa de aire a distinta temperatura, de la que depende el ndice de refraccin.

Los espejismos son producidos por un caso extremo de refraccin total. Aunque el fenmeno de la refraccin se observa frecuentemente en ondas electromagnticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

DISPERCIN REFRACTIVA

Como la refraccin depende de la energa de la luz, cuando se hace pasar la luz o poli cromtica a travs de un medio no paralelo, como un prisma, se produce la separacin de la luz en sus diferentes componentes (colores) segn su energa, en un fenmeno denominado dispersin refractiva. Si el medio es paralelo, a la luz se vuelve se recompone al salir de l.

Una de las propiedades de la luz ms evidentes a simple vista es que se propaga en lnea recta. Lo podemos ver en la propagacin de un rayo de la luz a travs de ambientes polvorientos o de atmosferas saturadas.

La ptica geomtrica parte de esta premisa para predecir la posicin de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisin.

3.1.4 FIBRA PTICA

Una fibra ptica es compuesta bsicamente de material dielctico (slice) segn una larga estructura cilndrica, transparente y flexible, de dimensiones microscpicas, comparables a las de un cabello humano.

La estructura cilndrica bsica de la fibra ptica es formada por una regin central llamada ncleo, envuelta por una capa, tambin de material dielctico que se llama chaqueta.

La composicin de la chaqueta de la fibra ptica, con material de ndice de refraccin ligeramente inferior al del ncleo, ofrece condiciones para la propagacin de energa luminosa a travs del ncleo de la fibra de un proceso de reflexin interna total.

3.1.5 ESPEJOS

Un espejo es una superficie pulida en la que al incidir la luz; se refleja siguiendo las leyes de la reflexin.El ejemplo ms sencillo es el del espejo plano. En este ltimo, un haz de rayos de luz paralelos puede cambiar de direccin completamente en conjunto y continuar siendo un haz de rayos paralelos, pudiendo producir as una imagen virtual de un objeto con el mismo tamao y forma que el real. La imagen resulta derecha pero invertida en el eje normal al espejo.

ESPEJO PLANO

Un espejo plano es una superficie plana muy pulimentada que puede reflejar la luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz incidente del 95% (O superior).Los espejos planos se utilizan con mucha frecuencia. Son los que usamos cada maana para mirarnos. En ellos podemos ver una imagen que no est distanciada nuestro reflejo.

ESPEJOS CNCAVO Y CONVEXO

CNCAVOSe refiere a un espejo esfrico cncavo. Los espejos cncavos hacen converger los rayos luminosos paralelos. Se usan en los fotos de los vehculos. Al colocar una ampolleta en el foco, los rayos salen paralelos. Se pueden producir imgenes reales y virtuales, dependiendo de la ubicacin del objeto.Una imagen real se forma por interseccin real de los rayos reflejados y una imagen virtual de forma de la interseccin de las proyecciones de los rayos reflejados.CONVEXOLos espejos convexos hacen divergir los rayos luminoso paralelos.Se pueden usar en supermercados y bancos como una manera de tener una vista de amplio espectro. Un espejo convexo solo forma imgenes virtuales.

3.1.6 LENTES Las lentes tienen importantes aplicaciones. Se usan para corregir los efectos de la visin en el hombre, para construir lupas y binoculares, objetivos de cmaras fotogrficas, etc. Son medios transparentes, limitados generalmente por dos superficies curvas o bien por una superficie plana y otra curva.Al decir sobre un lente, un rayo luminoso sufre dos refracciones sucesivas al atravesar las dos caras. Hay diferentes clases de lentes, segn la forma de las superficies curvas que la limitan. Las ms importantes son las lentes esfricas delgadas.Se pueden clasificar en convergentes y divergentes.Las primeras se llaman as porque tienden a unir (converger) los rayos que las atraviesan, mientras que las segunda tienden a separarlos (divergir).

TIPOS DE LENTES

EFECTO DE LAS LENTES

Para estudiar el efecto refractante de la lente sobre los rayos de luz, considerados una seccin plana central de la misma conformada por pequeos prismas, de los que conocemos sus propiedades pticas.Por ejemplo: Sabemos que los prismas desvan los rayos incidentes sobre una de las caras hacia la base del triangulo, por lo tanto podemos deducir que las lentes que tienen la parte central ms gruesa que la perifrica desvan los rayos que inciden sobre una de las caras hacia dentro.As mismo las lentes con los bordes ms gruesos que el centro sern divergentes, ya que los prismas elementales estn colocados al revs que en el caso anterior.

3.1.7 EL TELESCOPIO

El ingls Robert Gosseteste tuvo la idea de que se pudieran acercar los objetos distantes mediante un cuerpo transparente y la plasmo en un tratado sobre el arcoris.Sin en cambio hasta que Galileo Galilei medito sobre ello y tuvo la satisfaccin de poder construir en poco tiempo un anteojo que aumente tres veces el tamao del objeto. Mostro el primer telescopio e hizo varios descubrimientos para la astrologa.

El telescopio es un instrumento que permite observar objetos distantes, ampliando la imagen generalmente a travs de espejos cncavos.

La palabra telescopio proviene del griego tele= lejos y skopien= mirar. Un Telescopio puede ser considerado, como un aparato que aumenta el tamao angular de los objetos distantes y as mismos, el brillo que estos emiten.Por lo mismo, que el telescopio es utilizado en la astronoma, para poder ver los cuerpos celestes alejados de la tierra.

Un telescopio funciona por medio de uno o varios espejos cncavos o curvos, los cuales captan la luz de los objetos lejanos o la radiacin electromagntica.

Esta luz captada por el telescopio o la radiacin es llevada a un foco, en el cual se crea la imagen definitiva.

Es por medio de este sistema, que la imagen puede ser observada por los astrnomos, como as mismo, fotografiada para investigaciones futuras.

Las partes de un telescopio son:

Lente /espejo objetivo Salida ocular Perillas movimiento fino Contrapeso Soporte / tripie Buscador Tubo Montura

3.2 ESTUDIO Y APLICACIONES DE EMISIN LSER

El lser es una de las aplicaciones ms tiles que se apoyan en la fsica cuntica y en el estudio del tomo.La luz intensa, enfocada con mucha precisin y de naturaleza coherente, que emiten estos dispositivos es el punto de partida de muchos avances cientficos.

En Medicina los oftalmlogos debidamente capacitados pueden fijar la retina del ojo por medio de puntos de soldadura aplicados con un instrumento lser.

La combinacin de luz lser con las fibras pticas estn engendrando una revolucin en el mbito de la electrnica y las comunicaciones.

Se han creado poderosos lser para hacer pequeas perforaciones en diamantes.

La emisin estimulada proporciona la clave del funcionamiento y la eficacia de los rayos lser.Como los rayos lser son de una naturaleza coherente e intensa, se utiliza para medir distancias como la tierra a la luna.

Se utiliza tambin en intervenciones quirrgicas de la piel, hgado, corazn por medio de un bistur elctrico.

El rayo lser tambin tiene aplicacin en el funcionamiento de aparatos electrnicos como: Reproductores de msica, dvd, etc.

Adems los rayos lser pueden provenir de materiales slidos como rubes, cristales, gases como help-neon y argn y lquidos como cido clorhdrico.

CONCLUSIN

La ptica se ocupa del estudio de la luz, de sus caractersticas y de sus manifestaciones. La reflexin y la refraccin por un lado, y las interferencias y la difraccin por otro, son algunos, de los fenmenos pticos fundamentales. Los primeros pueden estudiarse siguiendo la marcha de los rayos luminosos. Los segundos se interpretan recurriendo a la descripcin en forma de onda. El conocimiento de las leyes de la ptica permite comprender cmo y por qu se forman esas imgenes, que constituyen para el hombre la representacin ms valiosa de su mundo exterior, as como vemos que la esta parte de la fsica no se puede ignorar en nuestras vidas diarias ya que interactuamos mucho con la ptica por sus diversas utilidades y sus diversos estudios.

BIBLIOGRAFALibro: ptica HECHTZAJAC (Addison Wesley Longman)http://www.buenastareas.com/materias/lentes-y-efecto-%C3%B3ptico/0http://fisicaoptica11.blogspot.mx/2010/11/espejos.htmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/fibras-opticas/fibras-opticas.shtml

FSICAPgina 1