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• María Paula Cadena

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INTRODUCCION A LA OPTICA GEOMETRICA, FORMACION DE LAS IMÁGENES Y TRAZADOS DE RAYOS PRINCIPALES • • • •

FABIAN VILLAMIZAR ALBARRACIN ANDRES ALFONSO DIAZ JESUS ALFREDO MERCHAN JUSUS DAVID MERCHAN

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INTRODUCCION A LA OPTICA GEOMETRICA ▪ La Óptica o ciencia que estudia la luz, es una de las ramas más antiguas de la física. ▪ La óptica geométrica se basa en el concepto de rayo luminoso como trayectoria que siguen las partículas materiales emitidas por los cuerpos luminosos sin preocuparse de estudiar cual es la naturaleza de la luz. ▪ La óptica geométrica se ocupa de las trayectorias de los rayos luminosos, despreciando los efectos de la luz como movimiento ondulatorio, como las interferencias. ▪ Estos efectos se pueden despreciar cuando el tamaño la longitud de onda es muy pequeña en comparación de los objetos que la luz encuentra a su paso.

INTRODUCCION A LA OPTICA GEOMETRICA ▪ Para estudiar la posición de una imagen con respecto a un objeto se utilizan las siguientes definiciones: ▪ Eje óptico. Eje de abscisas perpendicular al plano refractor. El sentido positivo se toma a la derecha al plano refractor, que es el sentido de avance de la luz. ▪ Espacio objeto. Espacio que queda a la izquierda del dioptrio. ▪ Espacio imagen. Espacio que queda a la derecha del dioptrio. ▪ Imagen real e imagen virtual. A pesar del carácter ficticio de una imagen se dice que una imagen es real si está formada por dos rayos refractados convergentes. Una imagen real se debe observar en una pantalla. Se dice que es virtual si se toma por las prolongaciones de dos rayos refractados divergentes.

INTRODUCCION A LA OPTICA GEOMETRICA ▪ REFLEXIÓN DE LA LUZ: Es el fenómeno que se observa cuando un rayo de luz incide sobre una superficie y se refleja. Su estudio se basa en dos leyes: ▪ 1ª ley: El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano. ▪ 2ª ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. (En la reflexión especular. ▪ En este fenómeno está basada la formación de imágenes en los ESPEJOS. ▪ Espejos planos ▪ Espejos esféricos ▪ CÓNCAVOS. La superficie reflectante es la cara interna. CONVEXOS. La superficie reflectante es la cara externa.

FORMACION DE IMAGENES ▪ La construcción de imágenes es muy sencilla si se utilizan los rayos principales: ▪ Rayo paralelo: Rayo paralelo al eje óptico que parte de la parte superior del objeto. Después de refractarse pasa por el foco imagen. ▪ Rayo focal: Rayo que parte de la parte superior del objeto y pasa por el foco objeto, con lo cual se refracta de manera que sale paralelo . Después de refractarse pasa por el foco imagen. ▪ Rayo radial: Rayo que parte de la parte superior del objeto y está dirigido hacia el centro de curvatura del dioptrio. Este rayo no se refracta y continúa en la mismas dirección ya que el ángulo de incidencia es igual a cero.

INTRODUCCION A LA OPTICA GEOMETRICA

FORMACION DE IMAGENES ▪ ESPEJOS CÓNCAVOS:

FORMACION DE IMAGENES

FORMACION DE IMAGENES ▪ ESPEJOS CONVEXOS:

FORMACION DE IMAGENES ▪ LENTES DELGADAS: CONVERGENTES Y DIVERGENTES ▪ Una lente es un medio transparente limitado por dos superficies curvas. Una onda incidente sufre dos refracciones al pasar a través de la lente. ▪ Hay dos tipos de lentes: convergentes y divergentes. ▪ En la lentes convergentes el foco imagen está a la derecha de la lente, f´ > 0. ▪ En la lentes divergentes el foco imagen está a la izquierda de la lente, f´ < 0. ▪ Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por los extremos, mientras que las divergentes son más gruesas por los extremos que por el centro. ▪ Se define además la potencia de una lente como la inversa de su distancia focal imagen P=1/f´ y mide la mayor o menor convergencia de los rayos emergentes, a mayor potencia mayor convergencia de los rayos. La unidad de potencia de una lente es la dioptría, que se define como la potencia de una lente cuya distancia focal es de un metro.

FORMACION DE IMAGENES ▪ FORMACIÓN DE IMÁGENES POR LENTES DELGADAS. ▪ La construcción de imágenes es muy sencilla si se utilizan los rayos principales: ▪ Rayo paralelo: Rayo paralelo al eje óptico que parte de la parte superior del objeto. Después de refractarse pasa por el foco imagen. ▪ Rayo focal: Rayo que parte de la parte superior del objeto y pasa por el foco objeto, con lo cual se refracta de manera que sale paralelo . Después de refractarse pasa por el foco imagen. ▪ Rayo radial: Rayo que parte de la parte superior del objeto y está dirigido hacia el centro de curvatura del dioptrio. Este rayo no se refracta y continúa en la mismas.

FORMACION DE IMAGENES

Lentes convergentes Tanto en la lentes convergentes como en las divergentes hay dos posibilidades para situar el espejo: más lejos de la lente que el foco objeto (imágenes reales) o entre ambos (imágenes virtuales).

TRAZADO DE RAYOS PRINCIPALES ▪ En física, el trazado de rayos es un método para calcular el camino de ondas o partículas a través de un sistema con regiones de velocidad de propagación variable. ▪ Bajo estas circunstancias, los frentes de onda se pueden curvar, cambiar de dirección, o reflejarse en distintas superficies, complicando su análisis. ▪ El trazado de rayos soluciona el problema utilizando repetidamente haces estrechos ideales denominados rayos a través del medio en cantidades discretas. ▪ Los problemas sencillos pueden ser analizados mediante la propagación de unos cuantos rayos utilizando matemáticas sencillas. Análisis más detallados pueden realizarse utilizando un ordenador para propagar muchos rayos

TRAZADO DE RAYOS PRINCIPALES ▪ El trazado de rayos en sistemas de lentes y espejos es particularmente importante para el diseño de los siguientes instrumentos ópticos: ▪

EL MICROSCOPIO. Un microscopio es un sistema de lentes que produce una imagen virtual aumentada de un apequeño objeto. El microscopio más simple es una lente convergente, la lupa. El objeto se coloca entre la lente y el foco, de modo que la imagen es virtual y está a una distancia que es la distancia mínima de visón nítida, alrededor de 25 cm.

TRAZADO DE RAYOS PRINCIPALES

TRAZADO DE RAYOS PRINCIPALES ▪ El microscopio compuesto consiste en dos lentes convergentes de pequeña distancia focal, llamadas objetivo y ocular. La distancia focal del objetivo f, es mucho menos que la distancia focal f´ del ocular. El objeto AB se coloca a una distancia del objetivo ligeramente mayor que f. El objetivo forma una primera imagen a´b´ que hace de objeto para el ocular. La imagen a´b´ debe estar a una distancia del ocular ligeramente menor que f´. La imagen final ab es virtual, invertida y mucho mayor que el objeto. El objeto AB se coloca de tal manera que ab está a una distancia del ocular igual a la distancia mínima de visión nítida, alrededor de 25 cm. Esta condición se realiza mediante el enfoque que consiste en mover todo el microscopio respecto al objeto

TRAZADO DE RAYOS PRINCIPALES ▪

EL TELESCOPIO. En el telescopio el objetivo es una lente convergente de distancia focal f muy grande, a veces de varios metros. Como el objeto AB es muy distante, su imagen a´ b´ producida por el objetivo, está en su foco F0. Sólo se necesitan los rayos centrales para conocer la posición de la imagen.

▪ El ocular es una lente convergente de distancia focal f´ mucho menor. De coloca de tal que la imagen intermedia a´ b´ esté entre el ocular y su foco. y la imagen final ab esté a la distancia mínima de visón nítida, alrededor de 25 cm. El enfoque se hace moviendo el ocular ya que nada se gana moviendo el objetivo. (Se puede observar la imagen a través de una lente cóncava).