refracción de la luz - Colegio Miguel de Cervantes, Punta Arenas.

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REFRACCIÓN DE LA LUZ
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Definición
• Ocurre cuando un rayo de luz incide en forma
oblicua en la superficie de separación de dos
medios, la luz que pasa al segundo medio
cambia su rapidez y su dirección.
• Lo anterior se debe a que los medios no son
totalmente homogéneo.
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Índice de refracción
• Existe una relación entre la propagación de la
luz en el vacío y la propagación de la luz en un
medio cualquiera, que queda dada por la
siguiente expresión:
Donde n es el índice de refracción
c es la rapidez de la luz en el vacío
v es la rapidez de la luz en cualquier medio material
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El valor del índice de refracción permite diferenciar medios más o menos refringentes:
• un medio con menor valor de n es menos refringente.
• un medio con mayor valor de n es más refringente.
Por lo general, se cumple que mientras mayor es la densidad de un medio
transparente, mayor es su refringencia.
Índice de refracción en distintos medios
Medio
Índice
Aire
1
Agua
1,33
Metanol
1,36
Cuarzo
1,55
Diamante
2,43
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Leyes de la refracción
• El rayo incidente, el refractado y la normal se
encuentra en el mismo plano de incidencia.
• La dirección de propagación del rayo incidente, al
pasar oblicuamente de un medio menos a otro
más refringente, produce que el rayo refractado
se desvíe, por lo que se acerca a la normal.
• La dirección de propagación del rayo incidente, al
pasar oblicuamente de un medio más a otro
menos refringente, produce que el rayo
refractado se desvíe, por lo que se aleja de la
normal.
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Ley de Snell
• Es la relación matemática entre el ángulo
incidente y el ángulo refractado.
• Según esta ley, los ángulos i y r indicados en
la figura anterior están relacionados por la
ecuación:
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Ángulo límite y reflexión total
• Se denomina ángulo límite al valor del ángulo
de incidencia, i , que corresponde al ángulo de
refracción de 90°.
• El ángulo límite depende de los índices de
refracción de los medios. Si i es mayor que el
ángulo límite, toda la luz incidente se refleja y
nada se refracta, lo que se denomina reflexión
total interna.
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Camino óptico (d)
• Es la distancia que recorre un “rayo” de luz entre
un punto de inicio y otro de término.
• El tipo de movimiento realizado por un rayo es
rectilíneo uniforme (MRU). Entonces:
d=v∙t
Donde d es el camino óptico (m)
v es la velocidad de la luz en el medio
(m/s)
t es el tiempo transcurrido (s).
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Lentes
• Es una pieza fabricada con un material
transparente y limitada por dos superficies
curvas o una plana y una curva.
• Su misión es formar imágenes de objetos
reales.
• Las lentes se clasifican en dos grandes grupos:
las convergentes o (+) y las divergentes o (-).
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Algunos tipos de lentes
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Lentes convergentes
• Concentran los rayos de luz porque su centro
es más grueso que su borde.
• Estos rayos se unen en el foco principal.
• La distancia del centro de la lente al foco
principal es la distancia focal.
• Simétrico a este foco se encuentra, al otro
lado del lente, el foco objeto.
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LENTE CONVERGENTE
L : eje de simetría horizontal
L’ : eje de simetría vertical
F y F’ : focos
O y O’ : centros
V : centro del lente
VO = VO’ = radios de curvatura
Se cumple que
, al igual que
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• La dioptría es la unidad que expresa con valores positivos
o negativos el poder de refracción de una lente o potencia
de la lente
• Físicamente una dioptría es la medida inversa de la
capacidad focal de un lente medida en metros. Es decir un
lente de 1 dioptría tiene la capacidad de enfocar la luz a un
metro. Un lente de 2 dioptrías lo hace a 50 cm, el de 3
dioptrías a 33 cm y así sucesivamente. Esto se hace de esta
manera para compensar la magnitud del desenfoque de
cada individuo.
• En la práctica los lentes se hacen en saltos de 0.25 de
dioptría. Por convención universal los miopes usan lentes
con notación negativa y por el contrario los hipermétropes
usan lentes con notación positiva.
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Lentes divergentes
• Tienen su centro más delgado que su borde y,
por lo tanto, tiende a dispersar los rayos de
luz que inciden en forma paralela al eje
principal.
• El foco principal, F, se ubica en el punto donde
se unen las prolongaciones imaginarias de los
rayos que se refractan.
• El foco principal se denomina, en este caso,
foco virtual porque no es un punto real.
• Estas lentes también poseen un foco objeto.
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LENTE DIVERGENTE
L : eje de simetría horizontal
L’ : eje de simetría vertical
F y F’ : focos
O y O’ : centros
V : centro del lente
Se cumple que
, al igual que
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Formación de imágenes en lentes
• Hay tres rayos característicos de los que se
conoce su trayectoria, y son los que se utilizan
para calcular la posición de la imagen.
1. El rayo que llega paralelo al eje principal se
refracta y pasa por el foco o su prolongación.
2. El rayo que pasa por el centro óptico de la lente
no se desvía.
3. El rayo que pasa por el foco o en su dirección se
refracta paralelo al eje principal.
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Lentes convergentes
• El tipo de imagen que se forma depende de la
posición del objeto.
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objeto
Imagen real, invertida y el
tamaño depende de la
distancia del objeto al lente
imagen
objeto
Imagen virtual, derecha y de
mayor tamaño. La lente actúa
como lupa.
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Lentes divergentes
• Para cualquier posición del objeto, se obtiene
siempre el mismo tipo de imagen: virtual,
derecha y de menor tamaño.
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