Óptica Geométrica // Análisis

En esta oportunidad mis queridos amigos de Steemit y compañeros de las comunidades: #cervantes, #proconocimiento, #entropia, #c-cuadrado, #la-colmen y #curie; es otra postura de la ciencia, ya que la óptica geométrica estudia el curso de los rayos muy próximos al eje principal, de tal forma que los elementos ópticos con los, que se trabajan son perfectos y forman imágenes sin deformación. Se trata de una aproximación a la óptica real donde los ángulos se consideran suficientemente pequeño, lo lentes muy delgados y las imágenes no deformadas.

Fuente de imagen

Un espejo es una superficie regular, pulimentada un aspecto brillante y la reflexión no es difusa, se pueden calificar según su forma en plano y curvos, a su vez estos últimos pueden subdividirse si la superficie pulimentada se encuentra en la interior o exterior d la curva, en cóncavos y conexos y según la forma geométrica de la superficie en esférico, cilíndricos, parabólicos. Las imágenes mantienen su tamaño si el espejo es plano la aumentan si es cóncavo y la disminuye si es convexo, también se puede con un espejo cóncavo de tal forma de proyectar imágenes en una pantalla y en dirigir un rayo de luz, en una dirección determinada o concentrarla en un punto.

Una lente es un medio trasparente limitado por dos cara, de una almeno es curva, la luz que llega a ella se refracta y se desvía, pueden clasificarse, según el efecto, que producen en los rayos de la luz, que inciden sobre ellas en convergentes y divergentes, son convergentes las que tiene un efecto, de flexionar los rayos de luz y tiende a reunirlos, son divergentes a las que producen el efecto contrario, es decir la que separa los rayos de luz. Un ejemplo más cotidiano es el caso de la lupa, la cual es utilizada para proyectar y las usadas en la corrección del astigmatismo y miopía, durante siglos se creyó que la luz consistía en un chorro de partículas emitidas por una fuente luminosa, los demás cuerpos se veían debido a que se reflejan algunos de los corpúsculos que los golpean, y al llegar estas partículas al ojo, se producía la sensación de ver, esto explicaba la reflexión de la luz en un espejo.

Formación de un arco iris por medio de la óptica geométrica, fuente de imagen de dominio de Wikimedia Commons

También tenemos otro aporte, como de Isaac Newton publica en 1704 su óptica y asienta el modelo corpuscular de la luz sobre las ideas de Descartes, supone que la luz está formada por corpúsculos materiales, que son lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz, partiendo de este principio además James Clerk Maxwell demostró, que las ondas luminosas son electromagnéticas, del tipo de las ondas de radio, no necesitan medio alguno para propagarse y la frecuencia de las ondas luminosas es mucho mayor que las de radio, e impresionan la retina del ojo, dándole continuidad se produce por primera vez en ondas electromagnéticas, en forma de luz a partir de circuitos eléctricos alternos y realiza con ellas reflexión, refracción e interferencias.

La acción de un sistema óptico los rayos de luz, que salen de un objeto se reúnen de nuevo en algún punto real del espacio, se forman una imagen real del objeto, pero en otros puntos distintos las imágenes se formarían borrosas.

¿Que sabemos sobre la construcción de imágenes?
Para saber con exactitud donde se encuentra la imagen de un objeto, se da el caso por la acción de una aparato óptico, el cual se debe de encontrar el punto, en que se cortan los rayos de luz proveniente de él, tras pasar por el aparato, uno de estos rayos, es el que llega al aparato óptico de forma paralela al eje principal y que se desvía en la dirección del foco de imagen, el otro seria en el que no se aparte de la dirección que llevaba, el efecto espejo será el que incida de manera perpendicular, es decir el que siga ña dirección , que pasa por el centro de curvatura y en una lente, el que pase por el centro óptico. Todo esta teoría da origen a nivel físico Consiste en la obtención de electrones libres de un metal cuando sobre este incide un haz de luz, en el caso de un aumento de la intensidad luminosa no suponía un incremento de la energía cinética de los electrones emitidos es lo que se denomina el efecto fotoeléctrico para la construcción de imagen, debido a que la luz interacciona con los electrones de la materia, en cantidades discretas que se denominan cuantos que una forma de energía, la cual esta es: E = h .v siendo v la frecuencia y h la constante de Planck cuyo valor es h = 6,62 . 10-34 J.s, gracias a esta postura la luz se propaga en el vacío con una velocidad de 3.108 m/s mencionada por Einstein.

Los elementos principales, que forman un sistema óptico son los siguientes:

Eje principal, es el eje perpendicular a la plano del espejo o lentes y que pasa por su centro.

Centro de curvatura, es el centro de la superficie esférica, que forma su cara.

Foco de imagen, es el punto donde se concentran los rayos, que llegan de manera paralela al eje principal tras chocar con el espejo del lente.

Foco objeto, lugar en que se ha de colocar un objeto, para que los rayos de luz salgan paralelo al eje principal, después de pasar por el espejo o lente.

Centro óptico, centro geométrico del espejo o lente.

Distancia focal, es la distancia, que hay entre el foco y el elemento óptico.

Dentro de la óptica geométrica, también se observa fenómeno como el de las ondas electromagnéticas, difieren entre sí en su frecuencia y en su longitud de onda, pero todas se propagan en el vacío a la misma velocidad, porque en la mayoría de los caso sobre un eje óptico sirve de un medio homogéneo e isótropo la trayectoria de la luz es rectilínea y su velocidad es constante, son dos postura distinta bajo el mismo medio pero de diferentes fenómenos. En cuanto a la reflexión es el fenómeno por el cual el rayo, de manera incidente sigue propagándose por el medio de incidencia, este fenómeno permite ver objetos no luminosos y esta va depender del caso del tipo de superficie, lisa o irregular, la reflexión será especular, o difusa, en ella tenemos el aporte de la ley de Snell, en donde 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 de la luz en el vacío:

n = c/v

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 se componen de múltiples frecuencias, llamada dispersión.

Reflexión de la luz, un haz choca contra un espejo y se refleja, fuente de imagen de dominio de Wikimedia Commons

El uso de prisma como medio de objeto capaz de refractar, reflejar y descomponer la luz en los colores del arco iris, 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.

Bibliografía

Fundamentos de óptica geométrica por José Rodríguez García - 1997.

Manual de óptica geométrica por Adelina Felipe Marcet, ‎César Albarrán Diego - 1998.

Óptica geométrica: ejercicios de trazado gráfico de rayos por Jaume Escofet Soteras, ‎Jaume Escofet Soteras, Elisabet Pérez Cabré, María S. Millán y García Varela - 2005.