ÓPTICA .

LA SENSACIÓN  LUMINOSA Y LAS FUENTES DE LUZ.
Asi   como el sentido  del oido , como se vio en la acústica , representa  con los sonidos , a través de la vista se  establece  un contacto  más amplio con las cosas  que nos rodean , que permite  distinguir  la diversidad  de formas , colores , posiciones , movimientos etc.
Si nos hallamaos  en un cuarto  totalmente  a oscuras , por má abiertos que tengamos los ojos, no vemos nada.
¿ Por  qué sucede así ? Porque nuestros ojos  son  impresionados  por la luz  que emiten los cuerpos.
----Fuentes luminosas---son cuerpos que emiten  radiaciones  capaces  de impresionar  el sentido  de la vista . La más importante es el sol .Existen fuentes naturales  { sol }  y artificiales  {  bujías,  lámparas  eléctricas , etc. }.
----Cuerpos  iluminados--Son los que no  producen  las radiaciones  mencionadas , pero al recibirlas  de las fuentes  luminosas  las reflejaan , por lo que llegan  indirectamente.
----Oscuridad---Es la   falta  de sensación luminosa.
----Fuente puntual .--Es la fuente  luminosa cuyas dimensiones  son casi nulas con respecto a la distancia  hasta los cuerpos  que ilumina. Las estrellas más alla del sol son fuentes puntuales.
---- Color de la luz--Es  una característica  que se tratará  más adelante .En general  se hablará  de luz blanca , excepto  cuando se haga  la aclaración pertinente.
----Cuerpos opacos .Son  los que   colocados entre una fuente  luminosa  y el observador , no permiten recibir  ninguna sensación  luminosa.
-----Cuerpos transparentes . Son los que , ubicados como los anteriores ,permiten recibir  la impresión  luminosa , sin modificaciones.
---Cuerpos translucidos ---{ semitransparentes } .So aquellos  a través  de los cuales  se reconoce  la luz, pero no la forma de los objetos.
Propagación de la luz.
El conjunto de rayos  se denomina  haz de rayos.Puede ser  Convergente , cuando las direcciones tienen un punto común  y el sentido es hacia  dicho punto; Divergente , si las direcciones  tienen un punto  en común , que es el origen  de los rayos , y  Paralelo , cuando  la dirección  y el sentido son iguales.
ÓPTICA GEOMÉTRICA  Y ÓPTICA FÍSICA.
En los  fenómenos  de carácter  óptico  se distingue  entre los que  se refiere  sólo a la radiación  como rayo  rectilíneo , los cuales  forman  parte de la óptica  geométrica , y los referentes  a la naturaleza  de la fuente  y la velocidad  de la radiación , que son los pertenecientes a la  óptica física.
La primera  estudia  la marcha  de los rayos  de luz  y por lo  tanto  analiza  la reflexión  y refracción  de la luz ,espejos , prismas, lentes y aparatos ópticos.
La segunda  estudia  la naturaleza  de los fenómenos  lumínicos .Así se ocupa  de la fotometría , la velocidad de la luz,  la descomposición  de la luz ,los espectros etc.
ÓPTICA GEOMÉTRICA.
LEYES FUNDAMENTALES.
Cuatro son las leyes  que rigen  el desarrollo  de la óptica geométrica.
1 } La  propagación  de la luz es rectilinea .
2 } Las diversas partes de un haz  luminoso  son dependientes  entre sí.
3 } Ley de reflexión : Cuando un rayo  llega  a la superficie  de separación   de dos medios  homogéneos
{ rayo incidente }  se divide  en otros dos , uno de los cuales  vuelve  al primer  medio { rayo reflejado } , manteniéndose  en el plano  determinado  por el incidente  y la perpendicular  { normal }  a la superficie  de separación  en el punto de incidencia  y formado además con la perpendicular  un ángulo de reflexión I´ , igual al de incidencia i.
NOTAS:
Se puede considerar  que una lente  está  formada  por un gran número de prismas . La   refracción  depende  del ángulo  que forma  el rayo  de luz con la superficie de la lente.
ABERRACIONES :
La aberración  cromática  es un fenómeno  producido  por el hecho  de que las diversas radiaciones  de que se componen  la luz  blanca , al tener  diferentes  longitudes  de  onda  { colores } , experimentan  también distintos  grados de refracción .
LAS  LENTES:
Una  lupa  no es más que una lente . Las lentes forman  parte de todos los instrumentos  ópticos  de manejo habitual { gafas, cámaras fotográficas  y telescopios . Existen  dos grandes  grupos  de lentes  las que concentran la luz{ convexa  o convergentes}  y las que concentran luz{ cóncavas o divergentes}
Lentes de los instrumentos ópticos.
 El ojo humano se compone  de un complejo sistema de lentes , la córnea, el cristalino, y el humor vitreo.
Lupa , gafas, proyector,prismatico ,  camara de fotografía , faro, microscopio.
La  electricidad se encuentra en los átomos.
Los  protones del núcleo  de un átomo  están cargados  positivamente, los electrones  de carga  negativa, se mueven  desordenadamente  alrededor del núcleo  y en general su número  es igual  al de protones . Estos dos tipos  de particulas  se atraen  y sus cargas se compensan  entre si . Si escapan  electrones  del átomo , éste queda  cargado positivamente.
CUATRO FUENTES DE ALIMENTACIÓN  DISTINTAS:
Esta fuentes convierten  diferentes  formas de energía  en energía  eléctrica.
GENERADOR-----energía mecánica--electricidad.
BATERIA ----------energía quimica --electricidad.
TERMOELEMENTO---calor-- electricidad .
CÉLULA FOTOCONDUCTORA---luz-- electricidad.
NOTA :como se transforma  la corriente eléctrica.
{ cable sin  corriente}  este cable no transporta  corriente , por lo que  los electrones  se mueven al azar.
{ cable con corriente } es  un cable por el que  circula  corriente eléctrica , los electrones  se mueven  ordenadamente  en una dirección determinada.En uno de los conductores  los electrones  parten de la fuente  de tensión, y el otro se mueve hacia ella.
Aparatos  eléctricos  correspondientes  a esas fuentes .
{ transforman la corriente eléctrica  en diferentes formas de energía } .
Motor eléctrico---electricidad--energía mecánica.
Electrolisis-----electricidad --energía quimica.
Aparatos calefactores --electricidad --calor.
Lámparas ----electricidad -- luz.
La  eléctricidad.
La  eléctricidad  de los átomos  se debe  a las particulas cargadas que poseen : protones  y electrones , Los electrones  pueden  escapar  de la capa  exterior  de los átomos  y crear  asi una corriente eléctrica.
4 } Ley de refracción.
El rayo incidente , al llegar  a la  superficie  de separación , además de dar origen al rayo reflejado , origina  el rayo  refractado , el cual se mantiene en el mismo plano de incidencia y forma con la normal un ángulo r, que cumple la condición.
sen i
-----=  n
sen r
donde  n es una constante  que depende  del par de medios en que se propaga el rayo luminoso.
Cuando la dirección  del rayo  incidente coincide  con la normal a  la superficie , el ángulo de incidencia  es nulo  y por lo tanto  también  lo son  el de reflexión  y el de refracción .La dirección  del rayo  incidente  coincide con la prolongación  del rayo refractado,  y el reflejado vuelve sobre  el incidente en sentido contrario.
REVERSIBILIDAD  DE LAS TRAYECTORIAS.
Según las leyes  fundamentales  de la óptica  geométrica , se deduce  que si un rayo incidente pasa en un   momento dado  por un punto  P y , después  de varias  reflexiones  y refracciones , pasa por otro punto  M,  en sentido  contrario  y en la misma dirección  pasará luego  también  por  P  en sentido contrario  que el primero.
REFLEXIÓN DE LA  LUZ.
Según la  tecera ley {3} , cuando  el rayo  incidente  llega  a la superficie  de separación  de dos medios  homogéneos , en el punto  de incidencia  se descomponen  en otros dos ,uno  de los  cuales  vuelve  al primer medio { reflejado }.En dicha ley  se pueden  destacar  dos caracteristicas  fundamentales.
-------El rayo incidente , la normal  y el rayo reflejado  están en un  mismo plano.
-------El rayo reflejado  forma  con la normal un ángulo  de reflexión  igual al de incidencia  formado por el rayo  incidente y la normal.
Espejos  planos : espejo plano es toda superficie  plana  perfectamente  pulida,que refleja la luz.
Campo de un espejo :  se llama campo de un espejo  con respecto  a un punto al espacio  ocupado por los rayos  reflejados  de los incidentes  originados en dicho punto.
Espejos en ángulo y espejos  paralelos: Tomando dos espejos formando  un ángulo  menor que un llano, al colocar  un cuerpo dentro del ángulo , la imagen reflejada  en cada uno actuará como objeto en el otro, originándose un conjunto de imágenes  debido a la reflexión múltiple . El proceso se repite hasta que  la imagen quede en la zona posterior de los mencionados espejos.
ESPEJOS ESFÉRICOS.
Son los que  tienen forma de  casquete  esférico ,es decir , de una porción  de superficie de esfera . Si la superficie  pulida  es la cara  interna del casquete , se trata de un espejo  cóncavo . Si es la cara externa , es un espejo convexo.
Se llama radio de curvatura  o radio del espejo  al radio de la esfera.
El vértice  del espejo  es el punto  medio del casquete. el eje principal es la recta  determinada  por el centro  de la esfera  y el vértice  del espejo. Es el eje  de simetría  y , por lo tanto , todos los planos que lo contienen son equivalentes .
Toda   recta  que pase por el centro  y no contenga al vértice es un eje secundario.
En el estudio de los espejos  esféricos  se aplican  las mismas  leyes que en la reflexión  de espejos  planos, remplazando en cada punto de incidencia el espejo curvo  por uno plano  tangente  al anterior ; de esta manera  la normal  coincidirá  siempre con el radio de curvatura , que además  será siempre la bisectriz  del ángulo formado por los rayos  incidentes  y reflejado.
Se llama abertura  al ángulo  que forman los radios que pasan  por el contorno  del espejo  y están en un mismo  plano con el eje principal.
Dados un espejo  de abertura pequeña y una fuente luminosa  sobre el eje principal infinitamente  alejada los rayos incidentes  serán paralelos   y al reflejarse pasarán por el punto F del eje. Este punto recibe el nombre de Foco Principal.
Cuando  el haz de rayos paralelos  tiene  la direccción  de un eje secundario, el foco está sobre ese eje y es  un secundario .
En  los espejos  de abertura  pequeña , los ejes , secundarios que tienen un punto en común con el espacio  formán ángulos  pequeños  con el eje principal   y todos  los focos  secundarios  forman una superficie  que se halla incluida  en el plano  perpendicular  al eje  principal  en el foco principal. Este plano recibe el nombre de plano focal.
REFRACCIÓN DE LA LUZ.
En la  4,{ cuarta } ley de la óptica  geométrica  se ha hecho  referencia  al rayo  refractado  indicando que.
A } Está en un mismo  plano con el rayo incidente y la normal a la superficie  en el punto de incidencia.
B } Forma  con la normal  un ángulo  de refracción   r  tal que la razón  entre el seno del ángulo  de incidencia  y el seno del ángulo de refracción  tiene un valor constante, llamado índice de refracción  del segundo medio con respecto al primero.
        sen i
n= -----------
          sen  r
Cuando  se trata  de una superficie  que no es plana , la normal  es la recta perpendicular  a la tangente de la superficie de separación  en el punto de incidencia.
Si el ángulo de refracción  es menor  que el de incidencia { el rayo refractado  se aproxima  a la normal }, se dice que el medio  { B}  es ópticamente  más denso  que el { A}  o más refrigente .Esto  no significa  que necesariamente  el medio { B}  sea físicamente  más denso, condición que se da en muchas ocasiones, pero no en todas.
Si el rayo incidente coincide  con la normal a la superficie   no  se produce  desviación , es decir,
i = o y r=o.

Efectos  de la reflexión  total .Espejismos.
Cuando el suelo  se calienta  lo suficiente como para aumentar  la temperatura  de las capas de aire  más cercanas , la densidad  de éstas  disminuye .En tales  circunstancias ,los rayos  luminosos  sufren una  reflexión  total, dando origen  a una imagen  inversa  del objeto , ubicada  en el mismo  punto del eje.
Con este  fenómeno  se explican  los espejismos . Éstos  se producen  especialmente  en los desiertos , donde , debido al calentamiento  de la arena , una planta  aparenta  reflejarse en el agua , cuando en realidad el observador  está viendom el objeto  y su  reflexión en las capas  caldeadas.
Pero  no es necesario  trasladarse  hasta  el desierto  para ser  testigo  de este fenómeno . También  se da en días  cálidos , en el pavimento  tanto en las ciudades  como en lugares abiertos .
Si las capas  menos densas  de la atmósfera  están más arriba , el  fenómeno   se da de forma  inversa
{  recibe en este caso el nombre  de  Fata  Morgana }:  los objetos  se localizan  entonces  en la parte  inferior  de la superficie  de  separación con el aire. La reflexión  se produce hacia arriba , dando  de este modo  la impresión  de tener  los objetos  reflejados  en un lago  imaginario  ubicado  por encima  de la cabeza   del observador. Este  fenómeno  se da sobre  todo en mares  y lagos  extensos .  Es muy común  verlo en el mar Tirreno , cerca  de la isla de Sicilia { Italia }
Prismas.
En  óptica , se consideran  prismas  los cuerpos   transparentes  limitados  por dos caras  planas  con una arista  común . No es preciso  que la tercera  cara  sea plana . El ángulo  plano dado  por la sección  normal  del diedro  determinado  por las caras  planas  es el ángulo  refrigente  del prisma.
Un rayo luminoso  de un solo  color  que incide  oblicuamente  sobre un prisma  óptico  experimenta  dos refracciones ,según se indica  en refracción de un rayo en un prisma
Luz Blanca  y Monocromatica . Dispersión.
Al pasar  un haz luminoso  de luz blanca { luz solar, por ejemplo } a través de un prisma , se desvia  según  las leyes de la refracción  en los prismas , pero se produce  además un fenómeno  denominado dispersión , que se pone  de manifiesto recogiendo  la  luz  que sale del prisma en una pantalla; en ésta , en lugar  de  aparecer  un punto iluminado, se observa  una amplia  banda coloreada  con siete colores  , que son , según desviación  creciente, rojo , anaranjado , amarillo, verde, azul, añil y violeta, lo que se denomina espectro.
Para interpretar  el fenómeno  de la dispersión , Newton  admitió  que la luz está compuesta  de estas siete radiaciones monocromáticas , las cuales se refractan distintamente.
Según la naturaleza electromagnética  de la luz que se admite  actualmente, a cada color se le puede asignar  una onda vibratoria  con una longitud  de onda característica ; al rojo corresponde  la mayor 
 longitud de onda { 7  700A° }  y la menor al color violeta { 3 900A° } .
En el fenómeno  de la refracción  resulta más desviada cada radiación  cuanto más pequeña  es su longitud de onda ; al contrario de lo que sucede cuando aparecen los colores por el fenómeno  de la difracción.
SÍNTESIS DE LA LUZ.
La  síntesis  de la luz  consiste  en el fenómeno  contrario  al de la dispersión  y puede lograrse  juntando  los distintos  colores del espectro , consiguiéndose con ello luz blanca.
Un  manera  sencilla  de lograr  la síntesis  de la luz  dispersada en un prisma  sería  haciendo pasar el haz  de luz por un prisma  a través de otro en posición  invertida respecto al primero .
Fundados en la primera experiencia , existen los prismas llamados acromáticos , empleados en muchos aparatos  de óptica  y que consisten  en el acoplamiento de dos prismas  invertidos  de diferente índice
de refracción   en que el segundo compensa la dispersión del primero.}
EL COLOR DE LOS CUERPOS.
Color es el elemento  sugestivo e indispensable  que reviste  la naturaleza y los objetos  creados  por el 
hombre ; da además la imagen  completa    de la realidad.
El color  produce  sumo  placer  al espiritu  y a los ojos, los cuales para ver  necesitan tanto el color  como de la luz. Un cuerpo  parece  que tiene  determinado  color, aunque  no tenga  luz propia , porque  su superficie  puede rechazar ---reflejar --o absorber  todas o parte  de las radiaciones  luminosas  que lo alcanzan , ejerciendo con ello una acción  selectiva .Pueden  presentarse  tres casos: el del cuerpo blanco,el del cuerpo de color  y el del cuerpo negro.
A } Cuerpo blanco . Cuando  la superficie  del cuerpo  refleja todas  las radiaciones  luminosas  que le alcanzan sin absorber ninguna.
B } Cuerpo de color . Si  la superficie  del cuerpo  absorbe  parte de las radiaciones  { parte de las longitudes  de onda } que componen  la luz  blanca incidente . En tal caso ,las ondas  reflejadas  son las que llegan  a nuestro ojo y producen la visión  del cuerpo rojo,verde, azul etcétera.
C } Cuerpo negro. Si la superficie  del cuerpo  absorbe  todas las longitudes de onda  de la luz blanca incidente y ,por tanto, no refleja  ninguna  de ellas ; de modo que no puede  llegar ninguna radiación  a nuestros ojos .Por  esta razón, de noche , todos los cuerpos nos parecen  negros pues , al no incidir  radiación  alguna, las superficies no reflejan ninguna onda característica.
EL  ARCO IRIS .
Al salir  el sol después de la lluvia , algunas veces presenciamos el hermoso espectáculo de color brindado por el arco iris.
Se trata de un fenómeno  óptico  debido a la  descomposición  de la luz.  Después  de la lluvia , quedan gotas de agua suspendidad  en la atmósfera . Si en seguida  sale el sol , sus rayos  atraviesan  las gotas  y se produce la refracción y reflexión de los rayos.
Siendo blanca la luz  proveniente  del sol, es el  resultado  de la superposición  de rayos  de colores  simples. Cada color  tiene su propio  ángulo de refracción .
Es asi  que cuando  la luz blanca  solar  atraviesa  las gotas  de agua , se descomponen  dando origen al espectro  solar   y constituyendo  una superficie  cónica  cuyo  eje es la recta  determinada  por el sol  y el ojo humano. Pero  no siempre  que sale  el sol  después  de la lluvia  se ve  el arco iris . Si el sol está muy alto  sobre el horizonte , los rayos  refractados  se pierden  sin pasar  por  el ojo  del observador . Sólo  es visible  cuando el astro luminoso está cerca del horizonte  : su altura  no debe ser superior  a  50° 59´ sobre el horizonte . por eso se ve con mayor  frecuencia al atardecer.
Los colores  del arco iris  van  del violeta  al rojo.Los rayos  violetas  emergen  más altos  que los rojos , pero el observador  que ve  la imagen  proyectada sobre  el cielo los ve invertidos .
Generalmente se forman un arco principal  de mayor intensidad tonal y otro menor, que lo envuelve
      LENTES.
Las superficies  planas de separación  se llaman  dioptrías planas y las esféricas, dioptrías esféricas.
El centro y el radio  de curvatura   constituyen  el centro y el radio de la dioptría , siendo su eje principal la recta determinada por el centro y el vértice.
Son  dioptrías  convergentes  las que disminuyen la abertura  del haz  de rayos  incidentes , y son divergentes  en el  caso contrario.
Lentes  son los medios  transparentes  limitados  por dos medios diopatrias que tienen sus ejes  principales  coincidentes .
Según la curvatura de las caras, las lentes pueden ser :
--biconvexas
---planoconvexas
--planocóncavas
--cóncavo--convexas
--bicóncavas.
Siendo el  índice de refracción  mayor  que el medio  circundante , resultan convergentes las dos primeras , divergentes  las planocóncavas  y bicóncavas , mientras que las restantes , si la cara de mayor  curvatura  es la convexa, son convergentes  y divergentes cuando lo es la cóncava.

   Antes de estudiar la trayectoria de los rayos a través de una lente , hay que definir  los elementos de ésta.

A } Centro de curvatura . Es el centro  de cada una de las caras , esféricas que forman  la lente
{ O,O´} .
B}  Centro óptico. Es un punto  interior  de la lente que ésta en la linea  que une los centros de  curvatura , tiene la propiedad de que todo rayo que pase  por él no sufre desviación.
C } Eje principal . Es la recta que pasa por el centro óptico y los centros de curvatura.
D } Eje secundario .Es  cualquier recta  que pase por el centro óptico.
E}  Focos . Son  los  puntos  del eje  principal  por  donde  pasan los rayos  luminosos { o sus prolongaciones } , después  de incidir  sobre la lente  paralelamente  al eje principal
F } Distancia focal. Es la distancia  existente entre el centro óptico y el foco.
Óptica fisica.
Fotometría .
Es la parte  de la fisica  que estudia  las magnitudes  relativas  a las radiaciones  luminosas.
Si se considera  una lámpara  eléctrica  encendida , parte  de la energia  se  transforma  en calor por efecto   Joule  y el resto se desprende  en forma  de energía  luminosa; la luz  es, pues ,una forma  de la energía
Fotómetro .
Para medir intensidades  de fuentes  luminosas, se emplean aparato llamados  fotómetros.
Naturaleza de la luz.
Según  la  hipótesis corpuscular  de Isaac Newton , la luz  estaría constituida  por un flujo  de partículas  materiales  emitidas  por el foco luminoso , que se propaga  en línea recta  en un medio homogéneo .Los corpusculos  extraordinariamente  pequeños  saldrán del foco  emisor  como los proyectiles de una ametralladora . Ésta es , síntesis ,la teoría  de la emisión  de Newton , que explica  satisfactoriamente  los   fenómenos  de reflexión , refracción  y dispersión . No comtempla , sin embargo, los fenómenos  de interferencia , difracción  y polarización.
Albert Einstein supuso que la energía radiante   está  dividida en " granos " y que los focos luminosos  los lanzan en todos los sentidos .A estos  granos de luz los denomino Fotones.
La teoria de los fotones  explica , además del efecto fotoeléctrico , diversos fenómenos  descubiertos  recientemente , por el contrario, es incapaz  de explicar  los fenómenos  de interferencia , de difracción  y polirización .
la teoría reconciliadora  de Louis de   Broglie , según la cual se admite  que toda radiación  corpuscular  va acompañada  de una onda asociada . Cada corpúsculo de masa  m  que se  mueve
 a una velocidad   v va acompañado  de una onda vibratoria  de frecuencia  tal que se cumple  siempre  la relación .
                   m.v=h.v
en la  que   h es la denominada constante universal de Plank  equivalente a 6,55x 1O a  la -27,erg,y v la  frecuencia de la onda asociada.La teoría  de de BROIGLE  ha sido la base de la mecánica ondulatoria  moderna, desarrollada por Erwin  Schodinger,Werner Heisenberg y  Pault Dirac.
Fizeau : obtuvo el valor de la velocidad de la luz=
v=4.8,663km.720.12,6 RPS=313.000 km/seg.



















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