OPTICA GEOMETRICA

OPTICA GEOMETRICA
OPTICA GEOMETRICA.
Del objeto salen rayos luminosos que llegan al elemento óptico (espejo, lente).
El elemento óptico se considera como origen de distancias; y éstas serán positivas si van en el sentido de la luz y negativas si en
el sentido opuesto.
La perpendicular al elemento óptico en su punto medio es el eje óptico, considerándose positivas las alturas por encima de es te
eje y negativas por debajo.
Si la imagen de un objeto se forma en el lugar donde convergen los rayos lanzados desde el objeto a través del elemento óptico
se dice que la imagen es REAL, pero si la imagen se forma por prolongación de esos rayos entonces la imagen se dice
VIRTUAL. La imagen real puede ser recogida en una pantalla, la virtual no ya que dicha imagen no está realmente en dicho
lugar.
ESPEJOS
Existen básicamente dos tipos de espejos:
Planos
Esféricos. Estos a su vez pueden ser Cóncavos o Convexos.
En ellos rigen las leyes de la reflexión.
ESPEJO PLANO.
Se lanza dos rayos desde la punta del objeto, uno paralelo al eje y otro al centro
del espejo; ambos rayos salen reflejados del espejo cumpliendo las leyes de
reflexión; sin embargo estos rayos reflejados no se cortan (la imagen no será
Real) sino que son las prolongaciones de los rayos los que se cortan : Imagen
Virtual.
Se observa que la Imagen es Virtual, directa y del mismo tamaño y a igual
distancia que el objeto.
ESPEJOS ESFERICOS.
Tienen los elementos :
Radio de curvatura R y su centro de curvatura C.
Centro del espejo y el eje principal óptico perpendicular al espejo por su centro.
Foco F o punto del eje por donde pasan todos los rayos paralelos al eje y reflejados en el espejo; todo rayo que pase por el
Foco se refleja en el espejo saliendo paralelo al eje. El foco está en el punto medio entre el centro del espejo y el centro de
curvatura.
Hay dos tipos de espejos: Cóncavos y Convexos
Espejos CONCAVOS.
Vamos a estudiar tres casos según el objeto esté más allá del centro, entre el centro y el foco o entre el foco y el espejo
caso1: Objeto más allá del centro de curvatura:
Se lanzan dos rayos: Uno que pase por el foco y saldrá reflejado paralelo; otro
paralelo y saldrá reflejado por el foco.
La imagen es Real e Invertida
caso2: Objeto entre centro curvatura y foco:
La imagen es Real e Invertida.
caso3: Objeto entre el foco y el espejo:
La imagen es Virtual y Directa
Espejos CONVEXOS.
La posición del objeto sólo tiene una posición:
La imagen es Virtual, Directa, se forma siempre dentro de la focal y de
tamaño menor.
LENTES DELGADAS.
La luz atraviesa un objeto transparente y sufre desviación debido a la refracción; tal suceso es interesante cuando el objeto
trasparente está formado por dos superficies esféricas o una esférica y otra plana; es decir una lente.
Si la lente es más gruesa en el centro que en los extremos se dice convergente y lo contrario divergente.
Las lentes pueden ser:
Convergentes: biconvexa, plano-convexa, menisco convergente
Divergentes: bicóncava, plano-cóncava, cóncava-convexa
Las lentes tienen las siguientes características:
- Todo rayo que pase por la focal objeto, sale refractado por la lente paralelo al eje.
- Todo rayo que sea paralelo al eje, se refracta y sale pasando por la focal imagen.
- Todo rayo que pase por el centro de la lente no sufre desviación en la refracción.
- Se denomina POTENCIA de una lente a la inversa de la distancia focal imagen de dicha lente, es decir :
Pot 
1
f
Su unidad es la Dioptría = m-1 .
Si la lente es convergente las dioptrías son positivas, y si la lente es divergente negativas.
LENTES CONVERGENTES.
caso1: El objeto más allá de la distancia focal:
La imagen que se obtiene es Real e Invertida.
Una pantalla en el lugar que se forma la imagen representaría la imagen
totalmente nítida.
Caso2. El objeto se encuentra dentro de la distancia focal:
La imagen es Virtual y Directa.
Siempre da una imagen mayor cuanto más cerca del foco se encuentre el
objeto.
Es el principio de la LUPA.
Lentes DIVERGENTES.
En los dos casos según que el objeto se encuentre fuera o dentro de la distancia focal, la imagen es Virtual y Directa.
La imagen siempre tiene menor tamaño que el objeto.
La lentes divergentes “acercan” el objeto
La ASOCIACION de varias lentes dan origen a los diversos aparatos ópticos
MICROSCOPIO:
Está formado básicamente de dos lentes convergentes, una como
objetivo y otra como ocular; la separación entre ambas es tal que la imagen
de la primera (objetivo) se sitúa dentro de la distancia focal de la segunda
(que actúa como lupa)
ANTEOJO ASTRONOMICO:
Está formado por dos lentes convergentes, una como objetivo (de
distancia focal aproximadamente de 1 m ) y la otra que actúa como ocular
teniendo su focal objeto en la focal imagen de la primera
EL OJO.
El ojo es nuestro sistema óptico cuyo objetivo es formar imágenes reales e invertidas sobre la retina (superficie interna del
ojo sensible a la luz).
El globo ocular está constituido por tres capas diferentes :
- Esclerótica, de aspecto blanquecino, opaca y dura ; su parte anterior
presenta un abultamiento : “la cornea”.
- Coroides que en su parte anterior, a la altura de la córnea, tiene el “iris” (disco pigmentado que dá color a los ojos) y en el
centro se encuentra la pupila que controla el paso de luz.
- Retina o capa interna y profunda que contiene los receptores visuales.
El Punto Ciego está en la parte posterior y en él convergen las tres capas y parte el nervio óptico que transmite la información al
cerebro.
Algunos defectos de la vista más frecuentes y sus correcciones son :
- Miopía. La persona ve los objetos cercanos pero no los lejanos porque la imagen se forma antes de la retina. Se corrigen con
lentes divergentes (pues acercan los objetos engañando al ojo haciéndole creer estar más cerca)
- Hipermetropía. Las imágenes se forman detrás de la retina. Se corrigen con lentes convergentes.
- Astigmatismo. Es un defecto de la córnea que tiene más curvatura en una dirección que en otra. Se corrigen con lentes
cilíndricas que tengan distinta curvatura en ambas direcciones.
- Presbicia o vista cansada. Se produce por la falta de adaptación o acomodación del cristalino y el punto próximo se aleja, e s
decir se ven mal los objetos próximos. Se corrige con lentes convergentes.
AUMENTOS Y ECUACIONES DE ESPEJOS ESFERICOS :
AUMENTOS Y ECUACIONES DE LENTES DELGADAS :
Ejercicios y Problemas
1.
2.
3.
Ante un espejo cóncavo de 40 cm de radio y a un metro de distancia, se coloca un objeto de 8 cm de altura. Calcular la
posición y tamaño de la imagen. Hacer también un esquema gráfico aproximado.
Se quiere proyectar la imagen de una diapositiva aumentada 20 veces, sobre una pared distante 12 m. ¿ Qué clase de
lente se necesita y en qué posiciones hay que colocar la diapositiva y la lente ?.
Dos lentes de distancias focales f1=4 cm y f2=-12 cm están separadas 30 cm. Un objeto se sitúa a 5 cm por delante de la
primera lente. Calcula dónde se forma la imagen y cuál es su aumento. Realiza el problema numericamente y haz una
representación gráfica del mismo.
SELECTIVIDAD
CASTILLA Y LEON
Junio-07
1. ¿Qué se entiende por reflexión especular y reflexión difusa ?. Enuncie las leyes de la reflexión.
Se tienen dos espejos A y B planos y perpendiculares entre sí. Un rayo luminoso contenido en un plano
perpendicular a ambos espejos incide sobre uno de ellos, por ejemplo el A, con el ángulo a mostrado en la
figura. Calcule la relación entre las direcciones de los rayos incidente en A y reflejado en B
2. Sobre un prisma cúbico de índice de refracción n situado en el aire incide un rayo luminoso con un
ángulo de 60º . El ángulo que forma el rayo emergente con la normal es de 45º. Determine:
a) El índice de refracción n del prisma
b) El ángulo que forman entre sí la dirección del rayo incidente en A con la dirección del rayo
emergente en B
Septiembre-07
1. Sobre una de las caras de un bloque rectangular de vidrio de índice de refracción n2 = 1,5 incide un rayo de
luz formando un ángulo θ 1 con la normal al vidrio. Inicialmente, el bloque se encuentra casi totalmente inmerso
en agua, cuyo índice de refracción es 1,33.
a) Halle el valor del ángulo θ 1 para que en un punto P de la cara normal a la de incidencia se produzca la
reflexión total
b) Si se elimina el agua que rodea al vidrio, halle el nuevo valor del ángulo θ 1 en estas condiciones y explique
el resultado obtenido
2.- Una superficie plana separa dos medios de índices de refracción n1 y n2. Si un rayo incide desde el medio de índice n1,
razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
a) Si n1 > n2 el ángulo de refracción es menor que el ángulo de incidencia
b) Si n1 < n2 a partir de un cierto ángulo de incidencia se produce el fenómeno de reflexión total
Jun-06
1. ¿ Qué es la reflexión total de la luz ?. El índice de refracción del medio en que permanece la luz ¿ es mayor, igual o menor
que en el otro medio. (Razona la respuesta) ? . ¿ Qué es el ángulo límite y como se calcula?
Sep-04
Explique que es una lente convergente, una lente divergente, una imagen virtual y una imagen real
Jun-03
Explique el funcionamiento óptico de una cámara fotográfica y de un proyector. Incluir diagramas y esquemas
Sep-03
Explique con claridad los siguientes conceptos relacionados con una lente: centro de curvatura de una lente , centro óptico,
distancia focal imagen e imagen virtual
Sep-02
Explique o defina los siguientes conceptos físicos relacionados con la óptica: ángulo límite, distancia focal de un espejo
cóncavo, imagen virtual de una lente, potencia de una lente delgada
Junio-02
Dos espejos planos están colocados perpendicularmente entre sí. Un rayo que se desplaza en un plano perpendicular a ambos
espejos es reflejado primero en uno y luego en el otro espejo. ¿ Cuál es la dirección final del rayo con respecto a su dirección
original ?
Jun-01
Conteste, en relación con dos de los defectos más corrientes de la visión, miopía e hipermetropía, a las dos siguientes
cuestiones:
a) Descripción de cada uno de los dos defectos
b) Corrección, mediante lentes, de cada no de ellos
Sep-01
Describa, utilizando diagramas, distintos casos de formación de imágenes por lentes convergentes
Sep-99
Utilizando las oportunas gráficas de formación de imágenes:
a) Deduzca qué características comunes poseen las imágenes producidas por las lentes delgadas divergentes y por los
espejos convexos
b) Para qué posiciones del objeto se manifiestan estas características comunes ?