n - Estudia a la UIB

TEMA 4: ÒPTICA:Propagació de la llum
Modelos Ondulatorios.
Foucault (1850):
“Mide la velocidad de la luz en el agua
comprueba que es menor que en el aire”
Maxwell (1864)
Hertz (1888):
“Introducen el carácter
electromagnético de la luz”
Veiem els objectes perquè
reflecteixen
una part de la llum que els arriba.
Zona
il·luminada
Llum
Llum
reflectida
Focus
de llum
Ombra
En un medi homogeni, la llum
es propaga en línia recta.
Medis transparents
Medis opacs
Penombra
Medis translúcids
La reflexió de la llum
Quan un raig de llum arriba a la superfície de separació
entre dos medis, té lloc una reflexió.
Normal
Raig
reflectit
Raig
incident
REFLEXIÓ ESPECULAR
REFLEXIÓ DIFUSA

i

r
Lleis de la Reflexió
1.-El raig incident, el reflectit i la
normal estan en un mateix pla
2.-Els angles d'incidència i reflectit són
iguals i = r
La refracció de la llum
Quan la llum passa d’un medi a l’altre, la seva
velocitat canvia
i la direcció del raig també varia. El fenomen
s’anomena refracció.
La moneda
que hi ha al fons
del bol buit no es veu.
Ara aboca-hi aigua,
i observaràs
com la moneda és visible.
Index de Refracció
c, velocitat de la llum en el buit
v, velocitaa de la llum en el medi
n1
Homogenis i isòtrops n=cte
naigua=1.33; nvidre=1.5; ndiamant=2.4
Buit
Lents òptiques
Cristalls cúbics
Ejemplo 1. La luz viaja de aire (n = 1) a vidrio, donde su
velocidad se reduce a sólo 2 x 108 m/s. ¿Cuál es el índice de
refracción del vidrio?
aire
vaire = c
vidrio
vG = 2 x 108 m/s
8
c 3 x 10 m/s
n 
8
v 2 x 10 m/s
Para vidrio:
n = 1.50
Si el medio fuese agua: nW = 1.33. Entonces
debe demostrar que la velocidad en el agua se
reduciría de c a 2.26 x 108 m/s.
Lleis de la refracció de la llum
Al
Al passar
passar d’un
d’un medi
medi alal alal
altre
altre la
la velocitat
velocitat ii la
la
direcció
direcció del
del raig
raig canvia.
canvia.
També
També canvia
canvia la
la longitud
longitud
d’ona
d’ona ii queda
queda inalterada
inalterada
la
la freqüència.
freqüència.
Aire
i
r
N
Agiua
refracció
1.-El raig incident,
el raig refractat i
la normal estan en 2.-L’angle d’incidència i el de
refracció
estan
relacionats.
el mateix pla.
n1 senθi = n2senθr
Llei de Snell
Refracción distorsiona la visión
Aire
Aire
Agua
Agua
El
El ojo,
ojo, creyendo
creyendo que
que la
la luz
luz viaja
viaja en
en línea
línea recta,
recta,
ve
ve los
los objetos
objetos más
más cerca
cerca de
de la
la superficie
superficie debido
debido
aa refracción.
refracción. Tales
Tales distorsiones
distorsiones son
son comunes.
comunes.
Las muchas formas de la ley de Snell:
El
El índice
índice de
de refracción,
refracción, la
la velocidad
velocidad yy la
la longitud
longitud
de
de onda
onda afectan
afectan aa la
la refracción.
refracción. En
En general:
general:
Ley de
Snell:
Todas
Todas las
las razones
razones son
son iguales.
iguales. Pero
Pero es
es útil
útil resaltar
resaltar
que
que sólo
sólo el
el subíndice
subíndice de
de nn tiene
tiene un
un orden
orden diferente
diferente
en
en la
la razón.
razón.
Ejemplo 2: Un haz láser en un cuarto oscuro golpea
la superficie del agua a un ángulo de 300. La
velocidad en el agua es 2.26 x 108 m/s. ¿Cuál es el
ángulo de refracción?
El ángulo incidente es:
300
H2O
Aire
A
A = 900 – 300 = 600
W
00
WW =
35.3
= 35.3
Ejemplo 3. La luz viaja a través de un bloque de vidrio y
luego sale nuevamente al aire. Encuentre el ángulo de
salida con la información dada.
Primero encuentre V dentro del vidrio:
Aire
Vidrio
V
500

0
VV =
= 30.7
30.70
V
n=1.5
Aire
De la geometría, note
que el ángulo V es igual
para la siguiente interfaz.
Aplique a cada interfaz:
nA sin  A  nG sin  G 0 nA sin  A
ss =
= 50
500
¡Igual que el ángulo de entrada!
Ejemplo 4: Un láser helio-neón emite un haz de 632 nm de
longitud de onda en aire (nA = 1). ¿Cuál es la longitud de
onda dentro de un bloque de vidrio (nG = 1.5)?
Aire
Vidrio
G

G
n=1.5

Aire
nG = 1.5;
A = 632 nm
 A nG
 ;
G nA
nA  A
 G
nG
(1.0)(632 nm)
G 
 421 nm
1.5
λ2 = 421 nm
La dispersió de la llum
Normal
La dispersió de la llum consisteix en la
separació de cadascuna de les radiacions que
la formen per efecte de la refracció.
Vermell
Groc
Llum
blanca
Prisma de
quars o de
vidre
Blau
INICI
n=n()
FÍSICA I QUÍMICA 4t ESO
Unitat 7: So i llum
“dispersión cromática”
ANTERIOR
SURT
Reflexió total
Cuando la luz pasa en un ángulo de un medio de
mayor índice a uno de menor índice, el rayo
saliente se refracta alejándose de la normal.
Aire
900
c
luz
i=r
Ángulo
limite Agua
Cuando el ángulo llega a
cierto máximo, se
reflejará totalmente.
El
El ángulo
ángulo límite
límite cc es
es el
el
ángulo
ángulo límite
límite de
de incidencia
incidencia
en
en un
un medio
medio más
más denso
denso
que
que resulta
resulta en
en un
un ángulo
ángulo
0
de
de refracción
refracción igual
igual aa 90
900..
Ejemplo 5. Encuentre el ángulo de incidencia crítico de
agua a aire.
Para ángulo crítico, A = 900
nA = 1.0; nW = 1.33
Ángulo crítico
Aire
900
c
Ángulo crítico: c = 48.80
En general, para medios
donde n1 > n2 se tiene que:
Agua
Resumen
c = 3 x 108 m/s
Medio n
v
Índice de refracción
c
n
v
El
El índice
índice de
de refracción,
refracción, la
la velocidad
velocidad yy la
la longitud
longitud
de
de onda
onda afectan
afectan la
la refracción.
refracción. En
En general:
general:
Ley de
Snell:
Resumen (Cont.)
El
El ángulo
ángulo crítico
crítico cc es
es el
el
ángulo
ángulo de
de incidencia
incidencia límite
límite
en
en un
un medio
medio más
más denso
denso
que
que resulta
resulta en
en un
un ángulo
ángulo
0
de
de refracción
refracción igual
igual aa 90
900..
En general, para medios
donde n1 > n2 se tiene que:
Ángulo crítico
n2
c
900
n1
n1 > n2
LENTS PRIMES
raigs incidint sobre una lent
convergent
raigs incidint sobre una
lent divergent
Diagrames de raigs per a lents primes
Diagrama de raigs per a una lent convergent
Diagrames de raigs per a lents primes
Diagrama de raigs per a una lent divergent
1. El raig parallel, parallel a l'eix optic, es desvia passant pel focus
imatge o secundari (F').
2. El raig focal, que passa pel focus objecte o principal (F), surt
parallelament a l'eix optic.
3. El raig central, que passa pel centre de la lent, no es desvia.
Equació de Descartes de les lents primes.
Augment de la imatge
Potencia d'una lent
La potencia es mesura en dioptries, que equivalen a m-1.