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INTRODUCCION A LA OPTICA: Parte de la física que estudia las leyes y fenómenos de la luz. El estudio de la óptica se divide en 2 partes, la óptica geométrica y la óptica física. La primera se ocupa de los fenómenos de radiación luminosa en medios homogéneos sin considerar su naturaleza u origen; la segunda estudia la velocidad, la naturaleza y características de la luz. Gran parte de los conocimientos que poseemos sobre estas materias se hayan sintetizados en unos cuantos principios conocidos por las leyes de óptica geométrica, que son: 1.- Propagación de la luz. En un medio homogéneo la luz se propaga en línea recta, cumpliendo así su principio de fernat , que dice que el camino mas corto entre 2 puntos es una línea recta. 2.- Independencia reciproca. Dado un haz de rayos luminosos, si se intercepta una parte con un cuerpo opaco los rayos restantes no interceptados no sufren variación. 3.- Ley de reflexión.- a) el rayo incidente el reflejo y la normal al punto de incidencia están en un mismo plano. B)El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión 4.- Leyes de refracción: a) El rayo incidente la normal y el rayo refractado están en un mismo plano. B) la relación entre el seno del rayo de incidencia y el seno del rayo de refracción es una constante llamada ¨ constante de refracción ¨, que depende de cada medio. Aunque la óptica geométrica da una adecuada explicación teórica los hechos relativos a la explicación de la imagen, es sin embargo incompleta a l explicar algunos resultados del experimento en ciencia óptica. Los fenómenos de interferencia , difracción, pulverización y aun dispersión cromática rebasan completamente este objetivo. Con una simple afirmación de interferencia podremos decir que es posible, para dos fuentes de luz, producir obscuridad a lo largo de ciertas trayectorias comenzándose esto con la iluminación reforzada a lo largo de otras. OPTICA GEOMETRICA: Se ocupa de los fenómenos de radiación luminosa en los medios homogéneos, sin considerar su naturaleza u origen. OPTICA FISICA: Estudia la velocidad , la naturaleza y las características de la luz.

Los espejos esféricos cóncavos permiten obtener imágenes mayores, menores o de mismo tamaño que el objeto. Estas imágenes pueden ser también virtuales ( aparentes ) o reales ( formada por la intersección de los verdaderos rayos reflejados ). Los espejos esféricos convexos producen siempre imágenes virtuales, y mas pequeñas que el objeto, independientemente de la distancia a la que esta se encuentra . FOTOMETRO: Instrumento para medir la intensidad de 2 fuentes luminosas de la cual una se toma como tipo midiendo la distancia a que ambas tiene igual brillo sobre la superficie pulimentada. Los métodos por comparación permiten una exactitud del 1 % . Pueden disminuirse los errores de apreciación utilizando fotómetros fotoeléctricos, que miden directamente la iluminación. El flujo luminoso total emitido en todos sentidos por un manantial pueden medirse con un fotómetro esférico. Tiene una esfera recubierta en su interior con pintura blanca, para reflexión difusa y una puerta con bisagras que pueden abrirse para introducir primero la lampara patrón y luego la sometida a ensayo. FOTOMETRIA: Medición de la intensidad y densidad de la luz; la intensidad es la cantidad de luz emitida por segundo en una dirección dada, y su unidad de medida es la bujía; la densidad es la cantidad de luz que atraviesa una superficie dada por segundo, y su unidad es la lumen. En los últimos años la fotometría ha adquirido una importancia especial en la astrofísica, pues la medición de la luz proveniente de las estrellas ha permitido establecer una escala precisa de magnitudes de estas; ha llevado al descubrimiento de las estrellas dobles y las variables, entre estas las cefopides, y, por consiguiente a calcular las distancias interestelares inaccesibles al método del paralaje. Otra definición seria la siguiente: es una medida de la intensidad luminosa de una fuente de luz, o de la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie. La fotometría es importante en fotografía, astronomía e ingeniería de iluminación . Los instrumentos empleados para la fotometría se denominan fotómetros. Las ondas de luz estimulan el ojo humano en diferentes grados según su longitud de onda. Como es difícil fabricar un instrumento con la misma sensibilidad que el ojo humano para las distintas longitudes de onda, muchos fotómetros requieren un observador humano. Los fotómetros fotoeléctricos necesitan filtros coloreados especiales para responder igual que el ojo humano . Los

instrumentos que miden toda la energía radiante, no sólo la radiación visible, se llaman radiómetros y deben construirse de forma que sean igual de sensibles a todas las longitudes de onda. La intensidad de una fuente de luz se mide en candelas, generalmente comparándola con una fuente patrón. Se iluminan zonas adyacentes de una ventana con las fuentes conocida y desconocida y se ajusta la distancia de las fuentes hasta que la iluminación de ambas zonas sea la misma. La intensidad relativa se calcula entonces sabiendo que la iluminación decrece con el cuadrado de la distancia. CALORIMETRIA: Técnica para medir las constantes térmicas como el calor especifico, el latente o la potencia calorifica. CALORIMETRO: Instrumento para medir la cantidad de calor absorbido por un cuerpo o desprendida de el en un fenómeno físico o químico; se usa para determinar la energía de los combustibles ( gas, carbón) , el valor energético de los alimentos, etc. INTERFEROMETRO: Instrumento para medir longitudes de ondas de luz, radio, sonido, etc., y para efectuar otras observaciones de precisión aprovechando el fenómeno de la interferencia de las ondas; el instrumento divide un haz de ondas homogéneas en dos o mas rayos por medio de dispositivos adecuados como espejos semitransparentes y los dirige por trayectorias distintas. Por ejemplo uno a través a de la sustancia que se desea examinar y otro por el aire. En el detector del instrumento se vuelven a combinar estos rayos: la intensidad de las ondas superpuestas es mayor donde están en fase, y viceversa. Esta comparación de fases permite medir desde las longitudes pequeñisimas de ciertas ondas hasta el diámetro de una estrella o la separación entre 2 estrellas dobles. El inferometro tiene muchas aplicaciones en cristalografia, acústica, astronomía, etc. PIROMETRIA OPTICA: Parte de la física que se ocupa de la medición de las temperaturas por medio de los instrumentos oprticos. RADIOMETRO: El radiómetro infrarrojo es un instrumento típico que sirve para medir la radiación terrestre de onda larga en la región infrarroja de 4 a 50 mm. RADIOMETRO ULTRAVIOLETA: La cantidad de energía solar absorbida o reflejada en una especifica de la superficie terrestre se mide con la energía total de las contribuciones,

por lo que se refiere a la longitud de onda, que se van desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. REFLEXION DE LA LUZ: Toda superficie donde los rayos de luz se reflejan al incidir, constituyen un espejo: tales como las aguas tranquilas, laminas de metal pulidas, vidrio pulido, etc., estos cuerpos al reflejar la luz producen una sensibilización en nuestros ojos al percibir la imagen que se forma siendo estas de mayor o menor intensidad, dependiendo de las diferentes clases de superficies reflectantes, así como de su capacidad para reflejar la luz que perciben del sol o de cualquier otra fuente luminosa natural o artificial. A continuación damos algunas de las características de las superficies reflectantes: Cuando los rayos de luz inciden sobre superficies blancas y rugosas se reflejan en todas direcciones, esto se debe a que la luz incidente llega a la superficie con diferentes ángulos. Sin embargo si la superficie es blanca y sin rugosidad, los rayos de luz se reflejan regularmente, siendo su ángulo de incidencia igual al ángulo de reflexión. Si la superficie es negra no reflejan la luz solo la absorben. Las superficies bien pulidas reflejan la luz uniformemente debido a que los rayos inciden con un mismo ángulo, dando como resultado rayos reflejados paralelos entre si. Se llama reflexión difusa o de difusión al fenómeno que se produce cuando un haz de rayos paralelos incide sobre una superficie ordinaria y se desvían en todas direcciones al grado que es difícil percibir una imagen virtual.

Óptica geométrica

Formación de un arco iris por medio de la óptica geométrica. En física, la óptica geométrica parte de las leyes fenomenológicas de Snell (o Descartes según otras fuentes) de la reflexión y la refracción. A partir de ellas, basta hacer geometría con los rayos luminosos para la obtención de las fórmulas que corresponden a los espejos, dioptrio y lentes (o sus combinaciones), obteniendo así las leyes que gobiernan los instrumentos ópticos a que estamos acostumbrados. La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando los objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda usada; ello permite despreciar los efectos derivados de la difracción, comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz. Esta aproximación es llamada de la Eikonal y permite derivar la óptica geométrica a partir de las ecuaciones de Maxwell.

Propagación de la luz Como se indicó anteriormente, en la óptica geométrica, la luz se propaga como una línea recta a una velocidad aproximada de 3*108 ms-1. La naturaleza ondulatoria de la luz puede ser despreciada debido a que aquí la luz es como un chorro lineal de partículas que pueden colisionar y, dependiendo del medio, se puede conocer cual es su camino a seguir. Éstos rayos pueden ser absorbidos, reflejados o desviados siguiendo las leyes de la mecánica.

Reflexión y refracción

Artículos principales: Reflexión y Refracción

Reflexión de la luz, un haz choca contra un espejo y se refleja. El fenómeno más sencillo de esta teoría es la de la reflexión, si pensamos unos minutos en los rayos luminosos que chocan mecánicamente contra una superficie que puede reflejarse. La proporción entre los rayos que chocan y los que salen expedidos está regulada por los ángulos de éstos en relación con una línea perpendicular a la superficie en la que se reflejan. Entonces la ley de reflexión nos dice que el ángulo incidente es igual al ángulo reflejado con la perpendicular al espejo:1 (1) La segunda ley de la reflexión nos indica que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal con respecto a la superficie reflejada están en el mismo plano.2

Ley de Snell Artículo principal: Ley de Snell

El índice de refracción "n" de un medio viene dado por la siguiente expresión, donde v es la velocidad de la luz en ese medio, y "c" la velocidad de la luz en el vacío:

Ya que la velocidad de la luz en los materiales depende del índice de refracción, y el índice de refracción depende de la frecuencia de la luz, la luz a diferentes frecuencias viaja a diferentes velocidades a través del mismo material. Esto puede causar distorsión de ondas electromagnéticas que consisten de múltiples frecuencias, llamada dispersión.

Los ángulos de incidencia (i) y de refracción (r) entre dos medios y los índices de refracción están relacionados por la Ley de Snell. Los ángulos se miden con respecto al vector normal a la superficie entre los medios:

Lentes Las lentes con superficies de radios de curvatura pequeños tienen distancias focales cortas. Una lente con dos superficies convexas siempre refractará los rayos paralelos al eje óptico de forma que converjan en un foco situado en el lado de la lente opuesto al objeto. Una superficie de lente cóncava desvía los rayos incidentes paralelos al eje de forma divergente; a no ser que la segunda superficie sea convexa y tenga una curvatura mayor que la primera, los rayos divergen al salir de la lente, y parecen provenir de un punto situado en el mismo lado de la lente que el objeto. Estas lentes sólo forman imágenes virtuales, reducidas y no invertidas. Si la distancia del objeto es mayor que la distancia focal, una lente convergente forma una imagen real e invertida. Si el objeto está lo bastante alejado, la imagen será más pequeña que el objeto. Si la distancia del objeto es menor que la distancia focal de la lente, la imagen será virtual, mayor que el objeto y no invertida. En ese caso, el observador estará utilizando la lente como una lupa o microscopio simple. El ángulo que forma en el ojo esta imagen virtual aumentada (es decir, su dimensión angular aparente) es mayor que el ángulo que formaría el objeto si se encontrara a la distancia normal de visión. La relación de estos dos ángulos es la potencia de aumento de la lente. Una lente con una distancia focal más corta crearía una imagen virtual que formaría un ángulo mayor, por lo que su potencia de aumento sería mayor. La potencia de aumento de un sistema óptico indica cuánto parece acercar el objeto al ojo, y es diferente del aumento lateral de una cámara o telescopio, por ejemplo, donde la relación entre las dimensiones reales de la imagen real y las del objeto aumenta según aumenta la distancia focal. La cantidad de luz que puede admitir una lente aumenta con su diámetro. Como la superficie que ocupa una imagen es proporcional al cuadrado de la distancia focal de la lente, la intensidad luminosa de la superficie de la imagen es directamente proporcional al diámetro de la lente e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia focal. Por ejemplo, la imagen producida por una lente de 3 cm de diámetro y una distancia focal de 20 cm sería cuatro veces menos luminosa que la formada por una lente del mismo diámetro con una distancia focal de 10 cm. La relación entre la distancia focal y el diámetro efectivo de una lente es su relación focal, llamada también número f. Su inversa se conoce como abertura relativa. Dos lentes con la misma abertura relativa tienen la misma luminosidad, independientemente de sus diámetros y distancias focales.

Espejos Artículo principal: Espejo

Hay tres tipos de espejos: 

Planos: si el espejo no presenta curvatura diremos que es un espejo plano.



Cóncavos o divergentes: si la curvatura de un espejo es "hacia adentro" desde el punto de vista observado diremos que es un espejo cóncavo.



Convexos o convergentes: si la curvatura de un espejo esta "hacia afuera" desde el punto de vista observado diremos que es un espejo convexo.

Prismas Artículo principal: Prisma

Un prisma es un objeto capaz de refractar, reflejar y descomponer la luz en los colores del arco iris. Generalmente, estos objetos tienen la forma de un prisma triangular, de ahí su nombre. De acuerdo con la ley de Snell, cuando la luz pasa del aire al vidrio del prisma disminuye su velocidad, desviando su trayectoria y formando un ángulo con respecto a la interfase. Como consecuencia, se refleja o se refracta la luz. El ángulo de incidencia del haz de luz y los índices de refracción del prisma y el aire determinan la cantidad de luz que será reflejada, la cantidad que será refractada o si sucederá exclusivamente alguna de las dos cosas. 1. Los prismas reflectivos son los que únicamente reflejan la luz, como son más fáciles de elaborar que los espejos, se utilizan en instrumentos ópticos como los prismáticos, los monoculares y otros. 2. Los prismas dispersivos son usados para descomponer la luz en el espectro del arcoíris, porque el índice de refracción depende de la frecuencia (ver dispersión); la luz blanca entrando al prisma es una mezcla de diferentes frecuencias y cada una se desvía de manera diferente. La luz azul es disminuida a menor velocidad que la luz roja. 3. Los prismas polarizantes separan cada haz de luz en componentes de variante polarización.

El principio de propagación rectilínea de la luz ha sido fundamental para la descripción de los fenómenos analizados en el capítulo anterior dedicado a la óptica geometrica; gracias a ese principio hemos podido reemplazar las ondas luminosas con los rayos que representan las direcciones de propagación de los frentes de onda y hemos podido obtener relaciones sencillas que dan cuenta, con buena aproximación, del comportamiento de algunos sistemas ópticos. Sin embargo, ya desde el siglo XVIIº Grimaldi había observado que la luz tenía la capacidad de bordear obstáculos de la misma forma como lo hacen las ondas que se propagan sobre la

superficie de un estanque; este hecho contradecía el principio de propagación rectilínea y reforzaba la teoría acerca de la naturaleza ondulatoria de la luz. Para ilustrar lo anterior podemos pensar un sencillo experimento en el cual la luz procedente de una fuente puntual se hace incidir sobre una pantalla en la cual se haya abierto una ranura. Mientras la ranura sea bastante amplia, sobre otra pantalla paralela a la primera se formará una franja iluminada que puede correctamente interpretarse como la proyección geométrica de la ranura (Figura 4.1); también podrá observarse que dicha franja iluminada varía su anchura según la ranura se haga más amplia o más estrecha. Ocurre sin embargo que si la ranura se hace muy estrecha entonces la zona de iluminación en la pantalla se amplía evidenciando así que, en este caso, la luz no se propaga en forma rectilínea; este fenómeno llamado difracción se presenta cuando una onda (cualquiera que sea su naturaleza) se encuentra con obstáculos cuyas dimensiones son comparables con la longitud de onda. Fenómenos como el descrito y otros que analizaremos en este capítulo solamente pueden describirse utilizando un tratamiento ondulatorio; con relación a los fenómenos conexos con la luz éstos conforman esa parte de la física que normalmente se llama óptica física u ondulatoria.

Queda entonces claro que el fenómeno de la difracción establece el límite de aplicabilidad de las leyes de la óptica geométrica porque ésta se basa en el principio de propagación rectilínea que es el que precisamente falla cuando los obstáculos y/o rendijas que se interponen al paso de la luz tienen dimensiones comparables con su longitud de onda.

Medidores analógicos y digitales por G Última modificación 30/01/2007 10:16

Medidores analógicos: Amperímetros, voltímetros, fasímetros, vármetros, vatímetros, frecuencímetros, indicadores de proceso, secuencímetros, relé de sincronismo, sincronoscopio, cuentahoras, relojes analógicos, etc. , en distintos tamaños y fijaciones en panel o raíl DIN.Se instala principalmente en cuadros eléctricos, donde es necesario la visualización del parámetro eléctrico, sin importar pequeñas variaciones.La ventaja de los instrumentos analógicos es la de reflejar la fluctuación del parámetro de forma muy latente.

Medidores digitales: Amperímetros, voltímetros, frecuencímetros, tacómetros, cronómetros, cuentaimpulsos, indicadores de proceso, indicadores multifunción con 2 relés de salida, etc. en distintos tamaños y fijaciones en panel o raíl DIN. Se instalan en cuadros eléctricos donde sí son importantes lecturas con pequeñas variaciones de parámetros y conocer el valor exacto. Según tipos, hay posibilidad de transportar el valor a un PLC o PC. Se dispone de una gran variedad de convertidores de tensión, potencia, factor de potencia, distorsión armónica, proceso, temperatura, resistencia, etc. En panel o raíl DIN. Los convertidores de medida se utilizan para convertir una señal analógica en digital, o separar galvánicamente dos circuitos.